JP7121361B2

JP7121361B2 - 自律移動体

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Publication number: JP7121361B2
Application number: JP2018123834A
Authority: JP
Inventors: 直樹菅沼
Original assignee: Kanazawa University NUC
Current assignee: Kanazawa University NUC
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: JP2020004144A

Description

本発明は、車両などの自律移動体の移動制御に用いられる障害物マップを生成する障害物マップ生成装置を備えた自律移動体に関する。

近年、交通事故の削減や交通渋滞の緩和、誰もが利用できる移動手段の提供を目的として自動運転自動車等の自律移動体の開発が盛んに行われている。自律移動体を自律的に移動させるためには、移動の障害となる物体を認識し、自律移動体が移動可能な領域、移動不能な領域（障害物占有領域）、及び移動可否が不明な死角領域を示す障害物マップを作成する必要がある。

ここで、特許文献１には、無人車に搭載され周囲の障害物の有無を計測するセンサと、障害物との衝突を回避させる制御手段とを備え、障害物による未計測領域と移動可能領域とが接する境界を検出し、この境界と移動予定路との間の距離が所定の距離未満である場合には、境界と移動予定路との間の距離が所定の距離以上となるまで、無人車を減速又は停止させる自律移動装置が開示されている。
また、特許文献２には、車両に取り付けたカメラによって得られた撮像映像に基づいて車両前方の左右の状況を車内表示する表示部と、表示部が車内表示をした後、車両が進入しようとする交差道路の状況を表示部によって運転者が認識可能となる所定位置まで車両が到達したことを判別する到達判断部と、到達判断部の判別結果を運転者に報知する報知部とを備えた車両周辺監視装置が開示されている。
また、特許文献３には、合流地点の位置と自車両の現在位置との位置関係が、合流地点に自車両が差し掛かっていることを表す条件として規定された合流条件を満たすか否かを判定し、合流地点が合流条件を満たしていれば、合流地点における他の道路の存在方向へと自車両を移動させる合流支援制御を実行する運転支援装置が開示されている。
また、特許文献４には、自車両にとって死角となる死角領域を検出し、死角領域から出現する可能性のある移動体の進路と自車両の進路の相対的な優先度を判定し、判定した優先度に基づいて自車両に対する制御信号を出力する車両制御装置が開示されている。

特開２００９－２９４９３４号公報特開２０１０－２２７５号公報特開２０１７－４３０７号公報特開２０１６－１２２３０８号公報

従来の障害物マップに表された移動可能領域や死角領域は、自律移動体に取り付けられたセンサ等の障害物観測手段の位置を基準として決定されているため、決定された死角領域と搭乗者から見た死角とにずれが生じ、決定された死角領域に基づいた移動制御に不安感を持つことがある。特許文献１、３、４の文献においても、搭乗者から見た死角は考慮されていない。また、特許文献２は、運転者が車両に取り付けられたカメラの映像を参照しながら交差点への進入操作を行うものであり、制御装置に交差点への進入制御を委ねるものではない。
また、特許文献１～４のように、自律移動体が見通しの悪い交差点等に進入する場合や車線変更等を行う場合は、他車両等の障害物と衝突しないように進入又は車線変更可否が特に慎重に判断される。そして、進入又は車線変更動作の開始が許可された後に衝突可能性がある障害物が検知された場合には、衝突回避のため自律移動体の移動を停止させる停止制御が行われる。しかし、自律移動体の進入又は車線変更の進行度合いによっては、移動を停止させるとかえって障害物との衝突を招来する場合がある。

そこで本発明は、搭乗者にとって不安感が少ない移動制御を行うための障害物マップを生成する障害物マップ生成装置が搭載された自律移動体を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の自律移動体は、障害物の情報を観測する障害物観測手段と、前記障害物観測手段によって観測された障害物の情報を用いて、自律移動体が移動可能な移動可能領域と、前記障害物が存在している障害物占有領域と、前記移動可能領域か否かが不明な死角領域とが表された障害物マップを生成する障害物マップ生成装置と、前記障害物マップ生成装置によって生成された前記障害物マップに基づいて移動制御を行う移動制御手段とを備え、前記障害物マップ生成装置は、前記障害物観測手段によって観測された前記障害物の前記情報を取得する障害物情報取得部と、前記障害物情報取得部によって取得された前記障害物の前記情報に基づき、前記障害物の位置を算出する算出部と、前記算出部によって算出された前記障害物の位置に基づき、前記障害物占有領域を決定すると共に、前記障害物観測手段の位置を基点として前記移動可能領域及び前記死角領域を決定する領域決定部と、前記障害物観測手段が設置された位置とは異なる位置を仮想点として設定する仮想点設定部と、前記算出部によって算出された前記障害物の位置に基づき、前記障害物占有領域を決定すると共に、前記仮想点設定部に設定された前記仮想点の位置及び前記算出部によって算出された前記障害物の位置に基づき、前記仮想点の位置を基点として前記移動可能領域及び前記死角領域を決定する仮想領域決定部と、前記領域決定部又は前記仮想領域決定部によって決定された前記移動可能領域、前記障害物占有領域、及び前記死角領域を基に前記障害物マップを作成する障害物マップ作成部とを有し、前記移動制御手段は、他経路よりも相対的に優先度の高い経路を直進している場合は、前記領域決定部によって決定された前記移動可能領域及び前記死角領域を基に前記障害物マップ作成部が作成した前記障害物マップに基づいて前記移動制御を行ない、他経路への合流時、車線変更時、又は相対的に優先度の低い経路から他経路への進入時は、前記仮想領域決定部によって決定された前記移動可能領域及び前記死角領域を基に前記障害物マップ作成部が作成した前記障害物マップに基づいて前記移動制御を行うことを特徴とする。

請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の自律移動体において、前記算出部は、さらに前記障害物の高さを算出し、前記仮想点設定部は、さらに前記仮想点の高さを設定し、前記仮想領域決定部は、前記仮想点設定部に設定された前記仮想点の位置及び前記仮想点の高さと、前記算出部によって算出された前記障害物の位置及び前記障害物の高さとに基づき、前記仮想点の位置及び前記仮想点の高さを基点として前記移動可能領域及び前記死角領域を決定することを特徴とする。

請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の自律移動体において、前記仮想領域決定部は、前記障害物の位置を示す障害物点を直交座標系のグリッドマップに表し、前記障害物点が表されたグリッドを前記障害物占有領域として決定し、前記障害物占有領域として決定された前記グリッドを極座標系に変換して前記障害物の高さを保存し、前記仮想点の高さと前記障害物の高さを用いて、極座標グリッドマップ上に移動可能フラグ及び死角フラグのフラグ付けを行い、前記直交座標系のグリッドマップの前記グリッドを極座標系に変換して、前記グリッドの前記仮想点からの距離と角度を取得し、前記グリッドについて、前記仮想点からの前記距離と前記角度に基づいて、前記極座標グリッドマップにおける前記移動可能フラグ及び前記死角フラグとの対応付けを行い、前記移動可能領域及び前記死角領域を決定することを特徴とする。

請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の自律移動体において、前記障害物観測手段が前端に配置されていることを特徴とする。

請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の自律移動体において、前記仮想点設定部は、前記前端に配置された前記障害物観測手段よりも後方に前記仮想点を設定し、前記移動制御手段は、前記他経路への合流時、前記車線変更時、又は前記相対的に優先度の低い経路から他経路への進入時において、前記仮想領域決定部によって決定された前記移動可能領域及び前記死角領域が反映された前記障害物マップに基づいて前記移動制御を行う際、５ｋｍ／ｈ以下の速度で徐々に前進させ、動作開始後に衝突可能性がある前記障害物が検知された場合に前記自律移動体の移動を止める停止制御モードと、動作開始後に衝突可能性がある前記障害物が検知された場合に前記自律移動体の速度を上昇させる加速制御モードとを有し、前記仮想点の位置を基点として決定された前記死角領域が所定値よりも大きい場合には前記停止制御モードが選択され、衝突可能性がある前記障害物が後方又は側方にあり、前記仮想点の位置を基点として決定された前記死角領域が所定値以下のときには前記加速制御モードが選択されることを特徴とする。

本発明によれば、搭乗者にとって不安感が少ない移動制御を行うための障害物マップを生成する障害物マップ生成装置が搭載された自律移動体を提供することができる。

本発明の一実施例による障害物マップ生成装置を備えた自律移動体を示す図同障害物マップ生成装置を備えた自律移動体がＴ字路に差し掛かった状態を示す図同障害物マップ生成装置を備えた自律移動体がＴ字路において左折動作を行っている状態を示す図同自律移動体の周辺の２次元空間をグリッド状に分割したマップ同障害物点のマップへの投影と極座標変換を示す図同角度差による最近傍障害物点の保存を示す図同移動可能領域の設定方法を示す図同障害物点のマップへの投影と極座標グリッドマップにおける高さの保存を示す図同角度差による障害物点の高さ情報の保存を示す図同式（５）の説明図同死角領域内に障害物が存在している場合や障害物高さが保存されたグリッドが連続している場合の問題点を説明する図同死角領域内の障害物を考慮した死角領域の決定方法を示す図

本発明の第１の実施の形態による障害物マップ生成装置は、自律移動体に備えられた障害物観測手段によって観測された障害物の情報を用いて、自律移動体が移動可能な移動可能領域と、障害物が存在している障害物占有領域と、移動可能領域か否かが不明な死角領域とが表された障害物マップを生成する障害物マップ生成装置であって、障害物観測手段によって観測された障害物の情報を取得する障害物情報取得部と、障害物情報取得部によって取得された障害物の情報に基づき、障害物の位置を算出する算出部と、障害物観測手段が設置された位置とは異なる位置を仮想点として設定する仮想点設定部と、仮想点設定部に設定された仮想点の位置及び算出部によって算出された障害物の位置に基づき、仮想点の位置を基点として移動可能領域及び死角領域を決定する仮想領域決定部とを備えるものである。
本実施の形態によれば、障害物観測手段とは異なる位置に設定される仮想点から見た移動可能領域及び死角領域が表現された障害物マップを生成することができるので、搭乗者の眼の位置を仮想点に設定すれば、搭乗者から見た移動可能領域及び死角領域を決定することができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による障害物マップ生成装置において、算出部は、さらに障害物の高さを算出し、仮想点設定部は、さらに仮想点の高さを設定し、仮想領域決定部は、仮想点設定部に設定された仮想点の位置及び仮想点の高さと、算出部によって算出された障害物の位置及び障害物の高さとに基づき、仮想点の位置及び仮想点の高さを基点として移動可能領域及び死角領域を決定するものである。
本実施の形態によれば、領域決定の際に仮想点の高さと障害物の高さも考慮されるため、精度よく移動可能領域及び死角領域を決定することができる。

本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による障害物マップ生成装置において、仮想領域決定部は、障害物の位置を示す障害物点を直交座標系のグリッドマップに表し、障害物点が表されたグリッドを障害物占有領域として決定し、障害物占有領域として決定されたグリッドを極座標系に変換して障害物の高さを保存し、仮想点の高さと障害物の高さを用いて、極座標グリッドマップ上に移動可能フラグ及び死角フラグのフラグ付けを行い、直交座標系のグリッドマップのグリッドを極座標系に変換して、グリッドの仮想点からの距離と角度を取得し、グリッドについて、仮想点からの距離と角度に基づいて、極座標グリッドマップにおける移動可能フラグ及び死角フラグとの対応付けを行い、移動可能領域及び死角領域を決定するものである。
本実施の形態によれば、より精度よく移動可能領域及び死角領域を決定することができる。

本発明の第４の実施の形態による自律移動体は、第１から第３のいずれか一つの実施の形態による障害物マップ生成装置と、障害物の情報を観測する障害物観測手段と、障害物マップ生成装置によって生成された障害物マップに基づいて移動制御を行う移動制御手段とを備え、移動制御手段は、他経路への合流時、車線変更時、又は相対的に優先度の低い経路から他経路への進入時は、仮想領域決定部によって決定された移動可能領域及び死角領域が反映された障害物マップに基づいて移動制御を行うものである。
本実施の形態によれば、障害物観測手段とは異なる位置に設定される仮想点から見た移動可能領域及び死角領域が表現された障害物マップに基づいた移動制御が可能な自律移動体を提供することができる。

本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による自律移動体において、障害物観測手段が前端に配置されているものである。
本実施の形態によれば、自律移動体が前進する際に、周囲に存在する物体を早期に検知することができる。

本発明の第６の実施の形態は、第５の実施の形態による自律移動体において、仮想点設定部は、前端に配置された障害物観測手段よりも後方に仮想点を設定し、移動制御手段は、他経路への合流時、車線変更時、又は相対的に優先度の低い経路から他経路への進入時において、動作開始後に衝突可能性がある障害物が検知された場合に自律移動体の移動を止める停止制御モードと、自律移動体の速度を上昇させる加速制御モードとを有し、仮想点の位置を基点として決定された死角領域が所定値よりも大きい場合には停止制御モードが選択され、仮想点の位置を基点として決定された死角領域が所定値以下のときには加速制御モードが選択されるものである。
本実施の形態によれば、交差点等における進入動作等をより安全に行うことができる。

以下、本発明の一実施例による障害物マップ生成装置及び自律移動体について説明する。
図１は、本実施例による障害物マップ生成装置を備えた自律移動体を示す図である。
自律移動体１０は、搭乗者の輸送に用いられる車両であり、前輪及び後輪を備えている。自律移動体１０には、障害物観測手段２０と、障害物マップ生成装置３０と、移動制御手段４０が配置されている。

障害物観測手段２０は、自律移動体１０の周辺に存在する障害物１００までの距離、角度、相対速度といった情報を取得する。障害物１００は、人、他車両、道路設置物などである。障害物観測手段２０によって観測された情報は障害物マップ生成装置３０に伝送される。
障害物観測手段２０は、自律移動体１０の前端に複数取り付けられている。自律移動体１０の前端に取り付けることで、自律移動体１０が前進する際に、周囲に存在する物体１００を早期に検知することができる。
なお、周囲に存在する物体１００に対する計測領域をさらに大きくするため、障害物観測手段２０を自律移動体１０の前部、後部及び側部に配置することが好ましい。この場合は、自律移動体１０の周辺を全方位（３６０°）にわたって計測できるため、計測領域を拡げることができる。
また、自律移動体１０には、ＧＮＳＳ複合航法システムが搭載されており、ＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）から情報が十分に得られる環境において、自律移動体１０の３次元位置及び姿勢が計測可能である。また、ＬＩＤＡＲから得られる赤外線反射率を利用した自律移動体１０の自己位置推定も導入している（菅沼直樹,林悠太郎,永田大記,高橋謙太,“高齢過疎地域における自動運転自動車の市街地公道実証実験概要”,自動車技術会学術講演会講演予稿集,No.14-15,pp.390-394,2015、山本大貴，菅沼直樹，“高解像度赤外線反射率画像を用いた自動運転自動車の自己位置推定”，第23回日本機械学会交通・物流部門大会講演論文集,pp.320-330,2014．）。この自己位置推定を用いることにより、ＧＮＳＳから情報が十分に得られない環境においても自律移動体１０の高精度な位置情報を取得することが可能である。

障害物マップ生成装置３０は、障害物情報取得部３１と、算出部３２と、領域決定部３３と、仮想点設定部３４と、仮想領域決定部３５と、障害物マップ作成部３６を備える。
障害物情報取得部３１は、障害物観測手段２０によって観測された障害物１００の情報を取得する。
算出部３２は、障害物情報取得部３１によって取得された障害物１００の情報に基づき、障害物１００の位置を算出する。
領域決定部３３は、算出部３２によって算出された障害物１００の位置に基づき、自律移動体１０が移動可能な移動可能領域と、障害物１００が存在している障害物占有領域と、移動可能領域か否かが不明な死角領域を決定する。移動可能領域及び死角領域は、障害物観測手段２０の位置を基点として決定される。

仮想点設定部３４は、障害物観測手段２０が設置された位置とは異なる位置を仮想点４として設定する。仮想点４は任意に定めることができるが、本実施例では自律移動体１０に搭乗している搭乗者の眼の位置を仮想点４としている。搭乗者の位置は、例えば自律移動体１０が手動運転に切り替わった場合等に運転操作を行う運転者の位置や、自律移動体１０内に配置された座席の平均的な位置等を基準として定める。
仮想領域決定部３５は、算出部３２によって算出された障害物１００の位置に基づき、障害物１００が存在している障害物占有領域を決定する。また、仮想点設定部３４に設定された仮想点４の位置及び算出部３２によって算出された障害物１００の位置に基づき、仮想点４の位置を基点として移動可能領域及び死角領域を決定する。
これにより、障害物観測手段２０とは異なる位置である仮想点４から見た死角領域が表現された障害物マップを生成することができる。本実施例では仮想点４を搭乗者の眼の位置としているので、搭乗者から見た移動可能領域及び死角領域を決定することができる。

障害物マップ作成部３６は、領域決定部３３又は仮想領域決定部３５によって決定された、移動可能領域、障害物占有領域、及び死角領域を基に、障害物マップを作成する。作成された障害物マップは、移動制御手段４０に伝送される。

なお、算出部３２は障害物１００の位置に加えて障害物の高さを算出し、仮想点設定部３４は仮想点４に高さを設定し、仮想領域決定部３５は、仮想点４の位置及び高さと、障害物１００の位置及び高さとに基づき、仮想点４を基点として移動可能領域及び死角領域を決定することが好ましい。仮想点４の高さ及び障害物１００の高さも領域決定に用いることで、より精度よく移動可能領域及び死角領域を決定することができる。
同様に、領域決定部３３は、障害物観測手段２０の位置及び高さと、障害物１００の位置及び高さとに基づき、障害物観測手段２０を基点として移動可能領域及び死角領域を決定することが好ましい。

また、仮想領域決定部３５は、障害物１００の位置を示す障害物点を直交座標系のグリッドマップに表し、障害物点が表されたグリッドを障害物占有領域として決定し、障害物占有領域として決定されたグリッドを極座標系に変換して障害物１００の高さを保存し、仮想点４の高さと障害物１００の高さを用いて、極座標グリッドマップ上に移動可能フラグ及び死角フラグのフラグ付けを行い、直交座標系のグリッドマップのグリッドを極座標系に変換して、グリッドの仮想点４からの距離と角度を取得し、グリッドについて、仮想点４からの距離と角度に基づいて、極座標グリッドマップにおける移動可能フラグ及び死角フラグとの対応付けを行い、移動可能領域及び死角領域を決定することが好ましい。
これにより、より精度よく移動可能領域及び死角領域を決定することができる。

図２は、本実施例による障害物マップ生成装置を備えた自律移動体がＴ字路に差し掛かった状態を示す図であり、図２（ａ）は障害物観測手段から見た死角領域を示す図、図２（ｂ）は仮想点から見た死角領域を示す図である。なお、図中の矢印は自律移動体１０の進行方向を示している。
自律移動体１０が進行してきた進行元の経路は、進行先の経路よりも優先度（優先権）が低い経路であり、進行先の経路を走行する車両の通行のほうが自律移動体１０の通行よりも優先される。
図２において、白色部分は移動可能領域１、黒色部分は障害物占有領域２、灰色部分は死角領域３を示している。
移動制御手段４０は、自律移動体１０が他経路よりも相対的に優先度の高い経路を直進している場合など死角領域３が比較的小さい場合には、領域決定部３３によって決定された移動可能領域１及び死角領域３を基に障害物マップ作成部３６が作成した障害物マップに基づいて移動制御を行い、他経路への合流時、車線変更時、又は相対的に優先度の低い経路から他経路への進入時など死角領域３が比較的大きい場合には、仮想領域決定部３５によって決定された移動可能領域１及び死角領域３を基に障害物マップ作成部３６が作成した障害物マップに基づいて移動制御を行う。これにより、死角領域３が比較的大きい場合には、より慎重に自律移動体１０の移動が制御されることになり、自律移動体１０の搭乗者の安心感が増す。

図２に示すＴ字路は、右折しようとする自律移動体１０の両側に死角領域３が大きく存在し、移動先の経路の見通しが悪いため、移動制御手段４０は、仮想領域決定部３５によって決定された移動可能領域１及び死角領域３を基に障害物マップ作成部３６が作成した障害物マップに基づいて移動制御を行う。移動制御手段４０は、死角領域３の存在により移動経路上における障害物１００との衝突判断ができない場合は、衝突可能性がある障害物１００が検知されたときに即座に停止できるように５km/h以下で自律移動体１０を徐々に前進させる。また、移動制御手段４０は、死角領域３が小さくなり移動経路上における障害物１００との衝突可能性が無いと判断した場合は、自律移動体１０を速度上昇させながら目標位置へと移動させる。

自律移動体１０の前端が進行先の経路に突出すると、図２（ａ）に示すように、障害物観測手段２０から見た死角領域３は小さくなるため、仮に移動制御手段４０が、領域決定部３３によって決定された移動可能領域１及び死角領域３を基に障害物マップ作成部３６が作成した障害物マップに基づいて移動制御を行っている場合は、自律移動体１０は速度上昇しながら進行先の経路に進入してしまう。
しかし、自律移動体１０の前端だけが進行先の経路に突出した状態では、図２（ｂ）に示すように、仮想点４の位置にいる搭乗者の死角領域３はまだ大きいため、搭乗者は進行先の経路をよく見通せていない。よって、この状態で自律移動体１０が速度上昇しながら進行先の経路に進入すると、進行先の経路を目視確認できていない搭乗者は不安を感じる。
これに対して、本実施例による移動制御手段４０は、仮想領域決定部３５によって決定された移動可能領域１及び死角領域３を基に障害物マップ作成部３６が作成した障害物マップに基づいて移動制御を行っているため、たとえ領域決定部３３によって決定された移動可能領域１及び死角領域３に従えばＴ字路に進入可能な場合であっても、仮想点４（搭乗者）から見た死角領域３が小さくなり移動経路上における障害物１００との衝突可能性が無いと判断するまでは自律移動体１０が即座に停止できる速度で徐々に前進するように制御する。このため、自律移動体１０が速度上昇しながら進行先の経路に進入する時には、搭乗者４が目視によって衝突可能性がある障害物１００の存否を確認できる状態であるため、搭乗者は安心して移動制御手段４０に制御を委ねることができる。

図３は、本実施例による障害物マップ生成装置を備えた自律移動体がＴ字路において左折動作を行っている状態を示す図である。なお、図中の矢印は自律移動体１０の進行方向を示している。
上述のように、本実施例においては搭乗者の眼の位置を仮想点４としている。すなわち、仮想点設定部３４に設定されている仮想点４は、前端に配置された障害物観測手段２０よりも後方に位置する。また、移動制御手段４０は、仮想領域決定部３５によって決定された移動可能領域１及び死角領域３を基に障害物マップ作成部３６が作成した障害物マップに基づいて移動制御を行う。

図３に示す障害物１００Ａは、自律移動体１０が進入動作前に行った衝突判定において検知されていなかったか、又は衝突可能性が無いと判断された車両である。移動制御手段４０は、目標とする経路等への進入動作開始後に衝突可能性がある障害物１００が検知された場合に自律移動体１０の移動を止める停止制御モードと、自律移動体の速度を上昇させる加速制御モードを有する。
仮想点４の位置を基点として決定された死角領域３が所定値よりも大きいときには停止制御モードが選択され、仮想点の位置を基点として決定された死角領域３が所定値以下のときには加速制御モードが選択される。所定値は、仮想点４の位置や自律移動体１０の大きさ等に基づいて設定される。
このように、停止制御モードと加速モード制御との切り換えは、仮想点４の位置を基点として決定された死角領域３の大小に基づいて判断される。仮想点４は障害物観測手段２０よりも後方に位置しているため、死角領域が所定値以下になった場合には進入先の経路への自律移動体１０の進入量が大きくなっている。よって、後方又は側方から障害物１００Ａが迫ってきている場合には、自律移動体１０の移動を止めるよりも、自律移動体１０を前方に加速させて障害物１００Ａとの衝突を回避するほうが安全である。また、衝突可能性がある障害物１００Ａが検知された場合に常に自律移動体１０の移動を止める制御とすると、交通の流れを必要以上に妨げてしまう可能性があるが、本実施例の回避制御によれば円滑な自動運転を実現することができる。

次に、仮想点４を用いて移動可能領域、障害物占有領域、及び死角領域を決定し、障害物マップを作成する第１の作成例を説明する。
図４は、自律移動体１０の周辺の２次元空間をグリッド状に分割したマップである。
第１の作成例では、極座標系の各角度で障害物観測手段２０からの最近傍障害物点を保存し、仮想点４を基点として最近傍障害物点よりも内側を自律移動体１０が移動可能な移動可能領域１に決定し、それ以外の領域を死角領域３に決定する。

図４に示すように、自律移動体１０の周辺の２次元空間がグリッド状に分割されたマップを作成する。ここで、マップの直交座標系をｘ－ｙとし、座標（ｘ、ｙ）におけるグリッドをｍ_ｘ，ｙと定義する。なお、グリッドサイズΔｇは０．２５［ｍ］×０．２５［ｍ］としている。５１２×５１２個のグリッドを用意し、その対応面積は１２８［ｍ］×１２８［ｍ］である。ここで、図４におけるグリッドマップにおける自律移動体１０の位置Ｐ_ｖ ^ｍａｐは、下式（１）で表される。

図４に示すように、マップにおける障害物観測手段２０の位置の整数部分Ｐｖ^integral,map及び小数部分Ｐ_v ^{fractional,map}に分割して計算する。ここで、Ｐ_v ^integral,mapは、Ｙａｗ各ψｖ、及び速度Ｖを基に下式（２）で表される。

なお、Ｐ_０ ^map＝［ｘ_０ ^mapｙ_０ ^map］^Tはマップの中心位置を示し、本作成例で用いるグリッドサイズではＰ_０ ^map＝［256 256］^Tと設定する。また、t_preは速度に依存してマップにおける障害物観測手段２０の位置を調整するパラメータであり、本実施例では経験的にt_pre＝５[s]としている。式（２）では自律移動体１０の速度Ｖが大きいほど、自律移動体１０のＹａｗ角ψ_vを基に自律移動体１０の速度ベクトルと逆方向にＰ_v ^integral,mapはずらされるため、自律移動体１０の進行方向により多くのグリッドが用意され、より遠方の障害物１００を早期発見できるようになっている。また、式（２）において、ｒｏｕｎｄ（）は数値を四捨五入する関数である。
小数部分Ｐ_v ^{fractional,map}は絶対座標でのグリッドの解像度以下の小数部分を考慮したものであり、絶対座標系における位置Ｐ_v ^abs＝［ｘ_v ^abs ｙ_v ^abs］^Tを基に下式（３）で表される。このようにマップにおける位置を小数部分まで考慮することにより、障害物観測手段２０による計測値をマップに対してより正確に投影することができる。

図５は、障害物点のマップへの投影と極座標変換を示す図である。
障害物観測手段２０によって観測された物体１００の位置を示す障害物点は、自律移動体１０の周辺を５１２×５１２個に区切ったグリッドマップに表す。障害物点の２次元位置情報ｘ、ｙをマップ座標に変換する。図４における障害物点のマップ座標は、下式（４）で表される。

この際障害物点が表されたグリッドは、図５（ａ）に示すように、障害物占有領域２として決定される。次に障害物占有領域２に設定されたグリッドを、図５（ｂ）に示すように、ｒ－θ空間の極座標系に変換する。図５（ｃ）に示すように、分解能０．２５［deg］で最近傍障害物点の障害物観測手段２０からの距離ｒを保存する。
障害物占有領域２として決定されたすべてのグリッドにおいて、障害物観測手段２０から最近傍障害物点までの距離を求め、０．２５[deg]毎で各角度での最近傍障害物点を保存する。

図６は、角度差による最近傍障害物点の保存を示す図である。
図６（ａ）に示すように、障害物観測手段２０中心のｘ－ｙ座標系グリッドマップにおいて障害物観測手段２０よりも遠いグリッドに比べて、障害物観測手段２０に近いグリッドの方が取り得る角度が大きくなる。この角度差によって最近傍障害物点の保存に抜けができてしまうことを防ぐために、図６（ｂ）に示すように、各グリッドが取り得る角度の最小値ψ_minから最大値ψ_maxまでのすべての配列要素に最近傍障害物点の距離ｒの値を保存する。
以上により、自律移動体１０の周辺の０．２５[deg]毎の最近傍障害物点の保存が完了する。この保存された最近傍障害物点を基準にして障害物マップの移動可能領域１の設定を行う。

図７は、移動可能領域の設定方法を示す図である。
自律移動体１０の周辺の最近傍障害物点を保存した後に障害物マップの移動可能領域１を決定する。手順は次の通りである。
（１）ｘ－ｙ座標系でのマップのグリッドｍ_x,yをｒ－θ空間での極座標系に変換し、仮想点４からの距離ｒとθを取得する。
（２）上記（１）で得られた角度θでの距離ｒと保存された最近傍障害物点との比較を行う。最近傍障害物距離よりも距離ｒが小さい場合は、ｍ_x,yが移動可能領域１に設定する。
（３）すべてのグリッドについて上記（２）を行い、障害物マップを完成する。

５１２×５１２個のグリッド１つ１つを極座標系に変換し、全グリッドで図７に示すように仮想点４から最近傍障害物点までの距離を比較する。最近傍障害物点よりも仮想点４に近いグリッドの場合はそのグリッドを移動可能領域１に設定する。また、移動可能領域１及び障害物占有領域２以外の領域は、死角領域３に設定する。

次に、仮想点４を用いて移動可能領域、障害物占有領域、及び死角領域を決定し、障害物マップを作成する第２の作成例を説明する。障害物点は２次元情報だけでなく自律移動体１０の後輪の車軸を基準（ｚ＝０）とした高さｚの情報も持っているため、第２の作成例においては、仮想点４と障害物の位置関係を用い、仮想点４から見た障害物１００の死角となる領域を決定して死角領域３を導出する。

図８は、障害物点のマップへの投影と極座標グリッドマップにおける高さの保存を示す図である。
まず、図８（ａ）に示すように、第１の作成例と同様にして障害物点を自律移動体１０の周辺を５１２×５１２個のグリッドに区切ったグリッドマップに表わす。障害物点が表されたグリッドは、障害物占有領域２に決定する。図８（ａ）において自律移動体１０の周辺に表された●印が障害物点を示している。
次に、図８（ｂ）に示すように、障害物１００の高さを保存するために１４４０×５００個のグリッドからなる極座標グリッドマップ（以下、「高さマップ」という）を作成する。図８（ｂ）において黒塗されたグリッドが高さを有するグリッドを示している。なお、１つのグリッドサイズは、０．２５［ｄｅｇ］×０．３５［ｍ］であり、０．３５［ｍ］はｘ－ｙ座標系グリッドマップのグリッドの対角線の値である。障害物点は障害物観測手段２０から０．３５［ｍ］×２８５＝１００［ｍ］の距離までの障害物点を扱っている。極座標グリッドマップの初期設定は、全グリッドで自律移動体１０の後輪の車軸を基準とした高さｚ＝０［ｍ］である。障害物点占有グリッドの極座標変換を行い、対応する極座標系グリッドに高さを保存する。

図９は、角度差による障害物点の高さ情報の保存を示す図である。
第１の作成例と同様に、障害物観測手段２０中心のｘ－ｙ座標系グリッドマップにおいて障害物観測手段２０よりも遠いグリッドに比べて、障害物観測手段２０に近いグリッドの方が取り得る角度が大きくなる。この角度差によって障害物１００の高さ情報の保存に抜けができてしまうことを防ぐために、図９に示すように、各グリッドが取り得る角度の最小値ψ_minから最大値ψ_maxまでのすべてのグリッドに障害物点の高さ情報ｚの値を保存する。

保存した障害物高さを用いて移動可能領域１と死角領域３のフラグ付を行う。移動可能フラグと死角フラグを保存するために高さの保存の時と同様にグリッドサイズ０．２５[deg]×０．３５[m]の１４４０×５００の極座標グリッドマップ（以下、「フラグマップ」という）を作成する。フラグマップの初期設定は全グリッド死角フラグである。よって移動可能フラグを決めることになる。
まず、高さマップで自律移動体１０の後輪の車軸を基準とした高さｚ＝０となるグリッドと対応するフラグマップのグリッドに移動可能フラグを与える。
次に、説明のために高さマップでのある角度に注目する。距離ｒを進めていき障害物高さが保存されているグリッドを探索する。高さｚの値が０ではないグリッドを見つけたときに死角領域３の計算を行う。極座標系に高さを保存しているため障害物観測手段２０から障害物１００までの距離は既知であり、仮想点４の位置と合わせて死角領域３を幾何的に計算できる。以下に式（５）を示す。

図１０に式（５）に用いている記号の意味を示す。図１０において自律移動体１０の右横に記載しているグリッドは、白色が移動可能領域１、黒色が障害物占有領域２、灰色が死角領域３を示している。ψはｚ軸と仮想点４と障害物１００の高さを結んだ線分がなす角度、ｄ_unknownは求めようとしている障害物１００による死角領域距離、ｈ_obsは高さマップに保存されている障害物高さを、ｒ_obsは障害物１００までの仮想点４からの平面距離を、ｈ_velodyneは仮想点４の高さを表している。
図１０内の三角形ＡＢＣと三角形ＢＤＥの相似関係を用いることで死角領域距離ｄ_unknownを幾何的に求めることができる。フラグマップの各グリッドにおける初期設定は死角フラグであるため、求められた死角領域３内でのフラグ付の必要はなく、計算に用いた障害物高さが保存されているグリッドから死角領域距離ｄ_unknown分のグリッドを飛ばし、次の障害物高さが保存されているグリッドを探索する。これをすべての角度で行い、フラグマップでの移動可能フラグ及び死角フラグのフラグ付を行う。

図１１は死角領域内に障害物が存在している場合や障害物高さが保存されたグリッドが連続している場合の問題点を説明する図である。図１１において自律移動体１０の右横に記載しているグリッドは、白色が移動可能領域１、黒色が障害物占有領域２、灰色が死角領域３を示している。
障害物高さが保存されたグリッドを探索する際には仮想点から近いグリッドから順に探索していくと、死角領域距離ｄ_unknownが計算されると死角領域距離に相当するグリッドでの障害物探索は行わず、次の障害物高さが保存されているグリッドを探索してしまうため、図１１のように、求めた死角領域距離ｄ_unknown内に障害物高さが保存されたグリッドが存在した場合、本来死角となる領域に対して死角フラグを与えることができない。よって、死角領域距離ｄ_unknown内に障害物高さが保存されたグリッドが存在した場合でも死角領域距離ｄ_unknownが正確に計算できるようにすることが好ましい。

死角領域内に障害物が存在している場合や障害物高さが保存されたグリッドが連続している場合でも死角領域距離ｄ_unknownが正確に計算されるには、以下の手順で死角領域３を決定する。
（１）障害物高さが保存されたグリッドで計算を行う前に、１つ隣のグリッドに障害物高さが保存されているか否かを確認する。保存されている場合は現在のグリッドで死角領域距離ｄ_unknownの計算は行わずに１つ隣のグリッドへと進める。これを障害物高さが保存されたグリッドに隣接したグリッドがｚ＝０になるまで繰返す。
（２）連続する障害物占有グリッドの中で距離ｒが最も大きいもので死角領域距離ｄ_unknownを計算する。
（３）（２）で求めた死角領域距離ｄ_unknown内に障害物高さが保存されているグリッドが存在するか否かを確認する。存在する場合は死角領域距離ｄ_unknownを計算する。

図１２は死角領域内の障害物を考慮した死角領域の決定方法を示す図である。図１２において自律移動体１０の右横に記載しているグリッドは、白色が移動可能領域１、黒色が障害物占有領域２、灰色が死角領域３を示している。
図１２に示すように、障害物高さが保存されたグリッドがｒ方向に連続する場合は、連続するグリッドの中で最も距離ｒが大きい値のもので死角領域３の計算を行い、死角領域３内に障害物１００が無いようにする。それでも死角領域３内に障害物１００がある場合、その障害物１００の高さを用い、再度死角領域距離ｄ_unknownを計算する。

フラグマップのすべてのグリッドでフラグ付が完了した後に障害物マップの移動可能領域１を決定する。移動可能領域１の決定は以下の手順で行われる。
（１）ｘ－ｙ座標系でのグリッドマップのグリッドｍ_x,yを極座標系に変換し、グリッドの仮想点４からの距離ｒと角度ψを取得する。
（２）（１）で得られた距離ｒと角度ψを基にフラグマップのグリッドｍ_ψ,rに保存されたフラグが移動可能フラグか死角フラグかを確認する。フラグが移動可能フラグならばｍ_x,yを移動可能領域１に設定する。
（３）全グリッドで上記（２）を行い障害物マップを完成する。

本発明は、特に有人の自動運転自動車に適用することで、搭乗者に安心感を与える自動運転を実現できる。

１移動可能領域
２障害物占有領域
３死角領域
４仮想点（搭乗者）
１０自律移動体
２０障害物観測手段
３０障害物マップ生成装置
３１障害物情報取得部
３２算出部
３３領域決定部
３４仮想点設定部
３５仮想領域決定部
３６障害物マップ作成部
４０移動制御手段
１００障害物

Claims

障害物の情報を観測する障害物観測手段と、
前記障害物観測手段によって観測された障害物の情報を用いて、自律移動体が移動可能な移動可能領域と、前記障害物が存在している障害物占有領域と、前記移動可能領域か否かが不明な死角領域とが表された障害物マップを生成する障害物マップ生成装置と、
前記障害物マップ生成装置によって生成された前記障害物マップに基づいて移動制御を行う移動制御手段とを備え、
前記障害物マップ生成装置は、
前記障害物観測手段によって観測された前記障害物の前記情報を取得する障害物情報取得部と、
前記障害物情報取得部によって取得された前記障害物の前記情報に基づき、前記障害物の位置を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された前記障害物の位置に基づき、前記障害物占有領域を決定すると共に、前記障害物観測手段の位置を基点として前記移動可能領域及び前記死角領域を決定する領域決定部と、
前記障害物観測手段が設置された位置とは異なる位置を仮想点として設定する仮想点設定部と、
前記算出部によって算出された前記障害物の位置に基づき、前記障害物占有領域を決定すると共に、前記仮想点設定部に設定された前記仮想点の位置及び前記算出部によって算出された前記障害物の位置に基づき、前記仮想点の位置を基点として前記移動可能領域及び前記死角領域を決定する仮想領域決定部と、
前記領域決定部又は前記仮想領域決定部によって決定された前記移動可能領域、前記障害物占有領域、及び前記死角領域を基に前記障害物マップを作成する障害物マップ作成部とを有し、
前記移動制御手段は、他経路よりも相対的に優先度の高い経路を直進している場合は、前記領域決定部によって決定された前記移動可能領域及び前記死角領域を基に前記障害物マップ作成部が作成した前記障害物マップに基づいて前記移動制御を行ない、他経路への合流時、車線変更時、又は相対的に優先度の低い経路から他経路への進入時は、前記仮想領域決定部によって決定された前記移動可能領域及び前記死角領域を基に前記障害物マップ作成部が作成した前記障害物マップに基づいて前記移動制御を行うことを特徴とする自律移動体。
前記算出部は、さらに前記障害物の高さを算出し、
前記仮想点設定部は、さらに前記仮想点の高さを設定し、
前記仮想領域決定部は、前記仮想点設定部に設定された前記仮想点の位置及び前記仮想点の高さと、前記算出部によって算出された前記障害物の位置及び前記障害物の高さとに基づき、前記仮想点の位置及び前記仮想点の高さを基点として前記移動可能領域及び前記死角領域を決定することを特徴とする請求項１に記載の自律移動体。
前記仮想領域決定部は、
前記障害物の位置を示す障害物点を直交座標系のグリッドマップに表し、
前記障害物点が表されたグリッドを前記障害物占有領域として決定し、
前記障害物占有領域として決定された前記グリッドを極座標系に変換して前記障害物の高さを保存し、
前記仮想点の高さと前記障害物の高さを用いて、極座標グリッドマップ上に移動可能フラグ及び死角フラグのフラグ付けを行い、
前記直交座標系のグリッドマップの前記グリッドを極座標系に変換して、前記グリッドの前記仮想点からの距離と角度を取得し、
前記グリッドについて、前記仮想点からの前記距離と前記角度に基づいて、前記極座標グリッドマップにおける前記移動可能フラグ及び前記死角フラグとの対応付けを行い、前記移動可能領域及び前記死角領域を決定することを特徴とする請求項２に記載の自律移動体。
前記障害物観測手段が前端に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の自律移動体。
前記仮想点設定部は、前記前端に配置された前記障害物観測手段よりも後方に前記仮想点を設定し、
前記移動制御手段は、前記他経路への合流時、前記車線変更時、又は前記相対的に優先度の低い経路から他経路への進入時において、前記仮想領域決定部によって決定された前記移動可能領域及び前記死角領域が反映された前記障害物マップに基づいて前記移動制御を行う際、５ｋｍ／ｈ以下の速度で徐々に前進させ、動作開始後に衝突可能性がある前記障害物が検知された場合に前記自律移動体の移動を止める停止制御モードと、動作開始後に衝突可能性がある前記障害物が検知された場合に前記自律移動体の速度を上昇させる加速制御モードとを有し、
前記仮想点の位置を基点として決定された前記死角領域が所定値よりも大きい場合には前記停止制御モードが選択され、
衝突可能性がある前記障害物が後方又は側方にあり、前記仮想点の位置を基点として決定された前記死角領域が所定値以下のときには前記加速制御モードが選択されることを特徴とする請求項４に記載の自律移動体。