JP7175430B2

JP7175430B2 - 移動制御装置及び移動制御方法

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Publication number: JP7175430B2
Application number: JP2022544916A
Authority: JP
Inventors: 翔太河尻; 將白石
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2040-08-25
Also published as: JPWO2022044098A1; WO2022044098A1

Description

本開示技術は、移動制御装置及び移動制御方法に関する。

従来の移動制御装置には、複数の自律的に移動する移動体のそれぞれが互いに協調して、予め定められた領域全体に亘って作業を遂行させるものがある。移動体が行う作業は、清掃作業、又は、防衛、防犯、若しくは、防災等のための監視作業が代表的なものである。

従来技術の一例として、非特許文献１は、通信範囲が設定されている移動体間のロバストな通信ネットワークを維持しつつ、全領域内へ移動体を分散させて配置する移動制御技術について述べている。

具体的には、非特許文献１に係る移動制御装置は、作業を遂行するための３つの仮想力を想定し、その合力方向に各移動体を移動制御している。この仮想力は、ネットワークグラフの連結性を維持するための力、ネットワークグラフのロバスト性を向上させるための力、及び、領域への展開度合を向上させるための力、である。ここで、ネットワークグラフとは、複数の移動体から構成される通信ネットワークを、各移動体を頂点とし、移動体同士の通信路を辺として抽象化するグラフ理論に基づくデータ構造である。

"Ｌ．Ｓｉｌｉｇａｒｄｉｅｔａｌ．， "ＲｏｂｕｓｔＡｒｅａＣｏｖｅｒａｇｅｗｉｔｈＣｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，" ２０１９ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｍｏｎｔｒｅａｌ，ＱＣ，Ｃａｎａｄａ，２０１９，ｐｐ．２２０２－２２０８，ｄｏｉ：１０．１１０９／ＩＣＲＡ．２０１９．８７９３５５５．"

複数の移動体が協調して予め与えられた作業を遂行するためには、移動体同士の通信を保証することが重要である一方で、全領域内へ移動体を分散させて配置すること、すなわち展開度合を向上させることが重要である。ネットワークグラフのロバスト性を向上させることは、言い換えればできるだけ移動体同士を近くに配置することである。すなわち、ネットワークグラフのロバスト性を向上させることと、領域への展開度合を向上させることは、矛盾した逆向きの方向である。従来技術においては、領域への展開度合を向上させるための力を考慮してはいるものの、他の２つの仮想力と合わせた合力の方向が領域への展開度合を向上させているとは限らない、という課題があった。

本開示技術は、上記の問題を解決するためのもので、ネットワークグラフが連結であるという制約の下で、全領域内の移動体の展開度合を向上させるように移動が可能な移動制御装置及び移動制御方法を提供することを目的としている。

本開示技術に係る移動制御装置は、複数の自律的に移動する移動体が協調して作業を遂行するように移動体の各々を移動させるための移動制御情報を出力する移動制御装置であって、第１移動体の位置を示す第１移動体位置情報を取得する第１移動体位置取得部と、通信ネットワークに接続された第１移動体から他移動体位置情報を取得する他移動体位置取得部と、第１移動体位置情報と他移動体位置情報とに基づいて、第１移動体の移動量及び移動方向を示す作業遂行ベクトルｕ１’を算出する作業遂行ベクトル算出部と、を備え、全領域Ｑを分けて移動体のそれぞれに割当領域を決定し、割当領域にある各点ｑに対して重要度を表す関数をφ（ｑ）とし、ｘｉをｉ番目（ｉ＝１、２、…、Ｎ）の移動体の位置とし、ｈ（）を各点ｑとｘｉとの間の距離関数とし、Ｌを移動体群の重心と全領域Ｑの重心との二乗距離とし、ｋ１及びｋ２をそれぞれ設計により決定される係数とすると、作業遂行ベクトルｕ１’は、

で与えられ、λ２を代数的連結度とし、εを閾値とし、ｎを、正規化された代数的連結度の勾配ベクトルとし、合成ベクトルｕは、

で与えられ、移動制御情報は、合成ベクトルｕである、というものである。

本開示技術に係る移動制御装置は、全領域を分けて移動体ごとに割当領域を決定し、割当領域の重心を決定し、各移動体と割当領域の重心との距離を決定し、移動体ごとに割当領域の重心との距離を減少させる方向を算出している。すべての移動体が割り当てられた割当領域の重心へ移動することは、全領域内の移動体の展開度合を向上させるように移動することになる。つまり、移動体と割当領域の重心との距離を減少させることは、全領域内の移動体の展開度合を向上させることになる。本開示技術において、作業遂行ベクトルは、この移動体と割当領域の重心との距離を減少させる方向に基づいて算出している。

本開示技術に係る移動制御装置は、移動体の通信ネットワーク（以降、単に「ネットワーク」と称されることもある）が連結であれば作業遂行ベクトルの方向に移動体を制御しているため、全領域内の移動体の展開度合を向上させている。また、移動体が通信範囲を出てしまう場合でもネットワークの連結度が不変若しくは増加する方向のうち、割当領域の重心との距離が減少するものを選択しているため、全領域内の移動体の展開度合を向上させいる。よって、本開示技術は、ネットワークグラフが連結であるという制約の下で、全領域内の移動体の展開度合を向上させるように移動が可能となる移動制御装置を実現する。

実施の形態１に係る移動体協調システムの要部の構成の一例を示す構成図実施の形態１に係る移動体の要部の構成の一例を示すブロック図実施の形態１に係る移動制御装置の要部の構成の一例を示すブロック図遂行ベクトル部の与え方によって移動体の配置が変化することを示す説明図実施の形態１に係る移動制御装置が備える移動制御計画部の移動方向を示す説明図代数的連結度の勾配ベクトルを正規化したベクトルへの作業遂行ベクトルの射影の係数を示す説明図実施の形態１に係る移動制御装置の要部のハードウェア構成の一例を示す図実施の形態１に係る移動制御装置の処理の一例を説明するフローチャート

本開示技術の実施の形態の説明は、以下に示す図面に沿って行われる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る移動体協調システム１の要部の構成の一例を示す構成図である。移動体協調システム１は、複数の移動体１０を備える。移動体１０は、自律的に移動するドローン等の飛行体、又は、自律的に移動する自走式のロボット等である。

移動体協調システム１は、一例として、複数の移動体１０として５個の移動体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅを備えたものである。移動体協調システム１が備える移動体１０の個数は、５個に限定されるものではなく、２個以上であれば何個でもよい。

５個の移動体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅは、各移動体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅが自律的に移動し、予め定められた作業用の領域（以下、「全領域Ｑ」）の作業を行う。ここで作業とは、防衛、防災、若しくは、セキュリティ等の監視作業、又は、清掃等の作業であり、これを協調して遂行する。

図２は、実施の形態１に係る移動体１０の要部の構成の一例を示すブロック図である。移動体１０は、駆動装置１１、位置取得装置１２、通信装置１３、及び移動制御装置１００を備える。

移動制御装置１００は、移動体１０を移動させるための移動制御情報を出力する。移動制御装置１００は、以降の詳細な説明により明らかにされる。

駆動装置１１は、移動制御装置１００が出力する移動制御情報を取得する。駆動装置１１は、移動制御装置１００から取得した移動制御情報に基づいて、不図示のモータ及びアクチュエータ等を駆動させ、不図示の車輪又はプロペラ等を回転させるとともに操舵することにより、移動体１０を移動させる。

位置取得装置１２は、移動体１０の位置を示す位置情報を生成して出力する。具体的には、例えば、位置取得装置１２は、ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ（以下「ＧＮＳＳ」）等の航法システムを用いて移動体１０の位置を特定し、特定した位置を位置情報として出力する。位置取得装置１２が用いる航法システムは、ＧＮＳＳに限定されるものではなく、ジャイロセンサ及び速度センサ等を用いた慣性航法システム等であってもよい。

通信装置１３は、移動体１０間において情報を送受信する。具体的には、通信装置１３は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は赤外線通信等の無線通信方法により、移動体１０間において情報を送受信する。

図１は、５個の移動体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅのそれぞれが相互に情報を直接送受信可能な通信範囲として、通信範囲Ｃ１０Ａ，Ｃ１０Ｂ，Ｃ１０Ｃ，Ｃ１０Ｄ，Ｃ１０Ｅを示している。例えば、移動体１０Ａが備える通信装置１３は、移動体１０Ａが備える通信装置１３が情報を送受信可能な通信範囲である通信範囲Ｃ１０Ａに存在する移動体１０Ｂ，１０Ｅとの間において情報を送受信する。

また、移動体１０Ａは、マルチホップ通信によって、通信ネットワークに接続されている他の移動体である１０Ｃ，１０Ｄとも情報を送受信する。具体的には、例えば、移動体１０Ａが備える通信装置１３は、移動体１０Ｂが送信する位置情報と、移動体１０Ｅが送信する位置情報に加えて、マルチホップ通信によって移動体１０Ｄ、移動体１０Ｃの位置情報を受信する。以降、第１移動体以外の通信ネットワークに接続されている移動体は、総称して「他移動体」と呼ぶ。

図３は、実施の形態１に係る移動制御装置１００の要部の構成の一例を示すブロック図である。移動制御装置１００は、第１移動体位置取得部１１０、他移動体位置取得部１２０、第１移動体位置出力部１３０、作業遂行ベクトル算出部１４０、代数的連結度算出部１５０、及び移動制御計画部１６０を備える。

第１移動体位置取得部１１０は、移動体１０である第１移動体の位置を示す第１移動体位置情報を取得する。具体的には、例えば、移動体１０Ａが第１移動体である場合、移動体１０Ａが備える移動制御装置１００における第１移動体位置取得部１１０は、移動体１０Ａの位置を示す第１移動体位置情報を取得する。より具体的には、例えば、移動体１０Ａに搭載された移動制御装置１００が備える第１移動体位置取得部１１０は、移動体１０Ａに搭載された位置取得装置１２が出力する位置情報を取得することにより、移動体１０Ａの位置を示す第１移動体位置情報を取得する。

他移動体位置取得部１２０は、ネットワークに接続している他移動体から、要すればマルチホップ通信を用いて他移動体情報を取得する。具体的には、例えば、移動体１０Ａが備える移動制御装置１００における他移動体位置取得部１２０は、通信装置１３が情報を送受信可能な通信範囲に存在する移動体１０Ｂ及び移動体１０Ｅからその位置情報を取得する。加えて、他移動体位置取得部１２０は、１０Ｃ，１０Ｄからはマルチホップ通信を用いてその位置情報を取得する。

第１移動体位置出力部１３０は、第１移動体情報を出力する。また、マルチホップ通信を採用している場合、第１移動体位置出力部１３０は、取得した他移動体の位置情報もあわせて出力する。

作業遂行ベクトル算出部１４０は、第１移動体位置情報、他移動体位置情報に基づいて、第１移動体が作業を遂行するための第１移動体の移動量及び移動方向を示す作業遂行ベクトルｕ１を算出する。作業遂行ベクトルｕ１は、移動体ごとに算出するが、ここでは代表して第１移動体で説明する。領域への移動体の展開とともに作業を行うが、展開は、移動体位置を変数とした評価関数Ｊを最小化する問題として定式化できる。この評価関数Ｊは一般には以下の数式１により表される。

ここで、Ｑは全領域、Ｖ＝｛１，２，３、…Ｎ｝は移動体のインデックス集合、Ｎは移動体の総数、ｘｉはｉ番目の移動体の位置、φ（ｑ）は領域中の点ｑの重要度を表す関数、ｈ（）は点ｑとｘｉとの間の距離関数である。また、移動制御装置１００は全領域Ｑを分けて移動体ごとに割当領域を決定する。

移動制御装置１００が決定する割当領域は、全領域に配置された複数の前記移動体の位置を母点として、全領域上の他の点がどの前記移動体に近いかによって領域分けされたボロノイ図などが考えられる。ボロノイ図を得るための領域分割はボロノイ分割と呼ばれる。割当領域は、移動体が移動することに伴い、その都度動的に変化させてもよいし、移動体の初期値などによって固定してもよい。さらに、全領域Ｑの分割は、ボロノイ分割に限定せず、あらかじめ全領域Ｑを任意に分割して、領域の境界を固定してもよい。

数式１で与えられた評価関数Ｊは、距離関数ｈが二乗距離（ｑ－ｘ^ｉのノルムの二乗）のときには以下のように解釈できる。簡単にいえば、評価関数Ｊは、各移動体と割当領域の重心との距離によって決まるものである。すべての移動体が割り当てられた割当領域の重心に配置されると、評価関数Ｊは局所的に最小値をとる。よって、評価関数Ｊは、全領域内の移動体の展開度合を表したものである。評価関数Ｊはその値が小さくなるほど、全領域内の移動体の展開度合は向上する。

移動制御装置１００が決定する割当領域の重心は、割当領域上の各点に対して重付けをして計算することが考えられる。評価関数Ｊに現れるφ（ｑ）は領域中の点ｑの重要度を表す関数であり、これを乗ずることが重付けをして計算することに該当する。この重付けは、割当領域上の各点が作業を実施する点であるか否かで異なった重みとし、さらに前記各点が作業を実施する点である場合、作業を既に行ったかまだ行っていないかによっても異なった重みとすることができる。一例として、作業を行うべき箇所は重みを１とする。もともと作業が不要な箇所の重みは０とする。また作業が完了した箇所の重みは０とする。別の例として、２度清掃が必要とする作業の場合、未清掃の箇所の重みは２、１度清掃した箇所の重みは１、２度清掃を完了した箇所の重みは０とする。

従来技術における作業遂行ベクトルｕ１は、最急降下法により求めるものが開示されている。第１移動体に関していえば、作業遂行ベクトルｕ１は評価関数Ｊをｘ１で偏微分して傾きを求め、定数倍するものである。

本開示技術においては、以下の要素も考慮に入れて作業遂行ベクトルｕ１’を求める。すなわち、本開示技術は、移動体群の重心と全領域Ｑの重心との距離を考慮に入れて、この二乗距離を新たな評価関数の要素Ｌとおく。実施の形態１に係る作業遂行ベクトルｕ１は、評価関数Ｊをｘ１で偏微分し定数ｋ１倍したものに、評価関数の要素Ｌをｘ１で偏微分し定数ｋ２倍したものを加えて得たベクトルである。言い換えれば、実施の形態１に係る開示技術は、Ｊ’＝ｋ１×Ｊ＋ｋ２×Ｌの線形結合で与えられるあらたな評価関数Ｊ’を考慮していることと等価である。なお、全領域Ｑの重心は、上記の割当領域の重心を求めたときと同じように、全領域Ｑ内の各点に重付けをして求めることが考えられる。また、移動体群の重心を求める場合も、移動体ごとに重付けをしてもよい。例えば、移動体の個性に着目して、作業効率が高い移動体の重みを重くする、などとしてもよい。

新たな評価関数Ｊ’を用いることの効果は、図４Ａ，４Ｂを用いて説明していく。まず、全領域Ｑは移動体１０－１と移動体１０－２とに分けて割り当てられる。割当領域は、全領域Ｑをボロノイ分割することによって与えられる。今回の場合、移動体が２個しかないので、ボロノイ分割は、移動体間の二等分線で分割することと等価となる。

従来の評価関数Ｊを用いた方法では、図４Ａのような配置になった後は、移動体は移動しない。理由は、以下の説明で明らかにされる。移動体１０－１は、自機位置が割当領域の重心と一致しており作業遂行ベクトルｕ１の大きさがゼロとなり動かない。また、移動体１０－２は、作業遂行ベクトルｕ１によって移動すると、移動体１０－１と通信が途絶し、ネットワークグラフが非連結になるため、この方向には移動できない。よって、移動体１０－１も移動体１０－２も、これ以上は動かない。図４Ａのような配置で各移動体が止まってしまうことは、移動体の本来の目的である清掃作業若しくは監視作業の観点からは、好ましくない。

他方、作業遂行ベクトルｕ１’をｕ１’＝－ｋ１×∂Ｊ／∂ｘ－ｋ２×∂Ｌ／∂ｘとすれば、図４Ｂのように、移動体群の重心と領域の重心との距離を縮めることができる。

図４Ｂの配置は、図４Ａよりも移動体を分散して展開している配置であるため、実は評価関数Ｊの値を比較しても図４Ｂの方が小さくなる場合がある。このような現象が起きてしまう理由は、最急降下法による限界からである。通信範囲内という制約条件付きの最小化問題において、最急降下法はローカルミニマムに解の候補が止まってしまうことがある。図４Ａ配置のようなローカルミニマムに解の候補が止まらないようにするため、Ｌの勾配を作業遂行ベクトルｕ１に加えることは有効である。

よって、以降は、評価関数Ｊに基づいた作業遂行ベクトルｕ１を前提に説明がなされるが、評価関数Ｊは評価関数Ｊ’に、作業遂行ベクトルｕ１は作業遂行ベクトルｕ１’と置き換えてもよい。

移動体群の重心は、マルチホップ通信を行わない場合でも、平均合意推定器を使うことにより、第１移動体位置情報及び、第１移動体の通信範囲内に存在する移動体の位置情報（以下、「局所情報」という）のみから求めることができる。平均合意推定器とは、全移動体にわたる平均値を局所情報から推定するものであり、移動体群の重心は移動体位置の平均値そのものである。

上記において評価関数Ｊは、全領域Ｑへ移動体を分散させて配置すること、すなわち展開度合を向上させること、を目的としたものである。しかし、評価関数Ｊはこれに限定するものではない。移動体位置を変数とした別の評価関数Ｊにより作業の程度が評価できて、その評価関数Ｊを基に作業遂行ベクトルｕ１を計算できるものであれば、他のものでもよい。

代数的連結度算出部１５０は、第１移動体情報、他移動体位置情報に基づいて、ネットワークの連結度合いを示す指標である代数的連結度と、代数的連結度の勾配ベクトルとを算出し、出力する。なお、代数的連結度算出部１５０は、マルチホップ通信を行わない場合でも、局所情報のみから代数的連結度と、その勾配ベクトルを算出可能である。

移動制御計画部１６０は、作業遂行ベクトル、代数的連結度、代数的連結度の勾配ベクトルに基づいて、代数的連結度の勾配ベクトルを正規化したベクトルを算出し、この正規化したベクトルへの作業遂行ベクトルの射影を算出する。移動制御計画部１６０は、前記射影を定数倍したものと、作業遂行ベクトルとを合成して得た合成ベクトルに基づいて、第１移動体の移動制御内容を決定する。そして、移動制御計画部１６０は、決定した移動制御内容を移動制御情報として出力する。第１移動体は以下の数式２に示す合成ベクトルｕに基づいて移動する。

ここでｕ１は作業遂行ベクトル、ｎは正規化された代数的連結度の勾配ベクトル、λ２は代数的連結度である。＜ａ，ｂ＞はベクトルａとｂの内積を意味する。

図５Ａ及び図５Ｂは、実施の形態１に係る移動制御装置が備える移動制御計画部の移動方向を示す説明図である。数式２の意味は、図５Ａ及び図５Ｂによって明らかになる。

数式２は、以下のように説明できる。λ２が閾値εより大きい場合、あるいはｕ１によってλ２を増加可能な場合、ｕ１を制御入力とする。ｕ１は例えば最急降下ベクトルであるから、これを制御入力とすることで評価関数Ｊを減少させられる。一方、λ２が閾値以下かつ、ｕ１を入力することでλ２が減少する場合には、λ２が変化しない方向に移動するよう、ｕ１のｎへの射影である＜ｕ１，ｎ＞ｎを基に「ｎに直交する方向へのｕ１の射影」であるｕ１－＜ｕ１，ｎ＞ｎを制御入力とする。なお、代数的連結度λ２が０より大きければネットワークグラフは連結であり、移動体同士の通信は保証される。

言い換えれば、移動制御装置１００は、移動体が作業遂行ベクトルｕ１の方向に移動してもまだネットワークが連結である場合、当該作業遂行ベクトルｕ１の方向に移動体を制御する。また、移動制御装置１００は、移動体が作業遂行ベクトルｕ１の方向に移動したらネットワークが連結でなくなってしまう場合、ネットワークの連結度が不変若しくは増加する方向のうち、移動体と割当領域の重心との距離が減少するものを選択して制御する。

以降の説明は、上記制御則によって移動体がどのように制御されるのかを明らかにする。今、制御周期が十分に短く、かつ、初期状態でλ２＞εと仮定する。このとき、まずｕ１が制御入力となり評価関数Ｊを減少させる方向へ第１移動体が図５Ａのように移動する。そしてλ２＝εとなった瞬間から制御入力がｕ１－＜ｕ１，ｎ＞ｎに切り替わり、λ２＝εを保ったまま、評価関数Ｊを減少させる方向へ図５Ｂのように移動する。したがって、上記仮定が満たされていれば、上記の合成ベクトルに基づいて移動することで通信ネットワークを維持しつつ評価関数Ｊを最小化できる。

このような移動方式は、評価関数Ｊを、λ２≧εという制約のもとで最小化する問題を解いていることに他ならない。よって、移動制御装置１００は、この制御方式を採用することで、ネットワークの連結性を保ちつつ評価関数Ｊを減少させることができる。

移動制御装置１００は、制御周期が大きくネットワークが非連結となってしまう場合、数式２に工夫をし、段階的に制御入力を切り替えればよい。以下は、ほんの一例である。

ここで、αは以下の数式４などが考えられる。

図６は、αの例を示している。

移動制御装置１００は、以上のような方法をとることにより、ネットワークの連結性を保つという制約の下で、移動体の目的である作業の実施をすることができる。

図７Ａ及び図７Ｂは、実施の形態１に係る移動制御装置１００の要部のハードウェア構成の一例を示す図である。図７Ａに示すように、移動制御装置１００はコンピュータにより構成されており、当該コンピュータはプロセッサ５０１及びメモリ５０２を有している。メモリ５０２には、当該コンピュータを、第１移動体位置取得部１１０、他移動体位置取得部１２０、第１移動体位置出力部１３０、作業遂行ベクトル算出部１４０、及び移動制御計画部１６０として機能させるためのプログラムが記憶されている。メモリ５０２に記憶されているプログラムをプロセッサ５０１が読み出して遂行することにより、第１移動体位置取得部１１０、他移動体位置取得部１２０、第１移動体位置出力部１３０、作業遂行ベクトル算出部１４０、代数的連結度算出部１５０、及び移動制御計画部１６０が実現される。

また、図７Ｂに示すように、移動制御装置１００は処理回路５０３により構成されても良い。この場合、第１移動体位置取得部１１０、他移動体位置取得部１２０、第１移動体位置出力部１３０、作業遂行ベクトル算出部１４０、代数的連結度算出部１５０、及び移動制御計画部１６０の機能が処理回路５０３により実現されても良い。さらに、移動制御装置１００はプロセッサ５０１、メモリ５０２及び処理回路５０３により構成されても良い。この場合、第１移動体位置取得部１１０、他移動体位置取得部１２０、第１移動体位置出力部１３０、作業遂行ベクトル算出部１４０、代数的連結度算出部１５０、及び移動制御計画部１６０のうちの一部の機能がプロセッサ５０１及びメモリ５０２により実現されて、残余の機能が処理回路５０３により実現されるものであっても良い。

プロセッサ５０１は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又はＤＳＰを用いたものである。

メモリ５０２は、例えば、半導体メモリ又は磁気ディスクを用いたものである。より具体的には、メモリ５０２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＳＳＤ、又はＨＤＤなどを用いたものである。

処理回路５０３は、例えば、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ、ＦＰＧＡ、ＳｏＣ、又はシステムＬＳＩを用いたものである。

図８は、実施の形態１に係る移動制御装置１００の処理の一例を説明するフローチャートである。移動制御装置１００は、当該フローチャートの処理を繰り返して遂行する。まず、ステップＳＴ６０１にて、第１移動体位置取得部１１０は、第１移動体位置情報を取得する。次に、ステップＳＴ６０２にて、他移動体位置取得部１２０は、他移動体位置情報を取得する。次に、ステップＳＴ６０３にて、第１移動体位置出力部１３０は、第１移動体情報を出力する。次に、ステップＳＴ６０４にて、作業遂行ベクトル算出部１４０は、作業遂行ベクトルを出力する。次に、ステップＳＴ６０５にて、代数的連結度算出部１５０は、代数的連結度とその勾配ベクトルを出力する。次に、ステップＳＴ６０６にて、移動制御計画部１６０は、移動制御情報を出力する。

移動制御装置１００は、ステップＳＴ６０６の後、当該フローチャートの処理を終了し、ステップＳＴ６０１に戻って当該フローチャートの処理を繰り返して遂行する。

以上のように、移動制御装置１００は、複数の自律的に移動する移動体１０が協調して作業を遂行する移動体協調システム１における各移動体１０に搭載される移動制御装置１００であって、移動体１０である第１移動体の位置を示す第１移動体位置情報を取得する第１移動体位置取得部１１０と、第１移動体が所属するネットワークに存在する、第１移動体以外の他移動体から位置情報を取得する他移動体位置取得部１２０と、第１移動体位置出力部１３０と、作業遂行ベクトル算出部１４０と、代数的連結度算出部１５０と、移動制御計画部１６０と、を備えた。

このように構成することにより、移動制御装置１００は、ネットワークの連結性を保つという制約の下で作業を実施することができる。

なお、本開示は、本開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示技術に係る移動制御装置は、移動体協調システムに適用することができる。

１移動体協調システム、１０、１０－１、１０－２、１０Ａ～１０Ｅ移動体、１１駆動装置、１２位置取得装置、１３通信装置、１００移動制御装置、１１０第１移動体位置取得部、１２０他移動体位置取得部、１３０第１移動体位置出力部、１４０作業遂行ベクトル算出部、１５０代数的連結度算出部、１６０移動制御計画部、５０１プロセッサ、５０２メモリ、５０３処理回路、Ｑ領域。

Claims

複数の自律的に移動する移動体が協調して作業を遂行するように前記移動体の各々を移動させるための移動制御情報を出力する移動制御装置であって、
第１移動体の位置を示す第１移動体位置情報を取得する第１移動体位置取得部と、
通信ネットワークに接続された前記第１移動体から他移動体位置情報を取得する他移動体位置取得部と、
前記第１移動体位置情報と前記他移動体位置情報とに基づいて、前記第１移動体の移動量及び移動方向を示す作業遂行ベクトルｕ１’を算出する作業遂行ベクトル算出部と、を備え、
全領域Ｑを分けて前記移動体のそれぞれに割当領域を決定し、
前記割当領域にある各点ｑに対して重要度を表す関数をφ（ｑ）とし、
ｘｉをｉ番目（ｉ＝１、２、…、Ｎ）の前記移動体の位置とし、
ｈ（）を前記各点ｑとｘｉとの間の距離関数とし、
Ｌを移動体群の重心と前記全領域Ｑの重心との二乗距離とし、
ｋ１及びｋ２をそれぞれ設計により決定される係数とすると、
前記作業遂行ベクトルｕ１’は、

で与えられ、
λ２を代数的連結度とし、
εを閾値とし、
ｎを、正規化された前記代数的連結度の勾配ベクトルとし、
合成ベクトルｕは、

で与えられ、
前記移動制御情報は、前記合成ベクトルｕである、
移動制御装置。
前記割当領域は、前記全領域Ｑに配置された複数の前記移動体の位置を母点として、前記全領域Ｑにおける他の点がどの前記移動体に近いかによって領域分けされたボロノイ図であることを特徴とする請求項１に記載の移動制御装置。
前記割当領域は、前記移動体が移動すると動的に変化する前記ボロノイ図であることを特徴とする請求項２に記載の移動制御装置。
前記φ（ｑ）は、前記各点ｑが作業を実施する点であるか否かで異なった重みであり、前記各点ｑが作業を実施する点である場合、作業を既に行ったかまだ行っていないかによっても異なった重みである、
請求項１に記載の移動制御装置。
複数の自律的に移動する移動体が協調して作業を遂行するように前記移動体の各々を移動させるための移動制御情報を出力する移動制御装置の移動制御方法であって、
第１移動体位置取得部が、第１移動体の位置を示す第１移動体位置情報を取得し、
他移動体位置取得部が、通信ネットワークに接続された前記第１移動体から他移動体位置情報を取得し、
作業遂行ベクトル算出部が、前記第１移動体位置情報と前記他移動体位置情報とに基づいて、前記第１移動体の移動量及び移動方向を示す作業遂行ベクトルｕ１’を算出し、
全領域Ｑを分けて前記移動体のそれぞれに割当領域を決定し、
前記割当領域にある各点ｑに対して重要度を表す関数をφ（ｑ）とし、
ｘｉをｉ番目（ｉ＝１、２、…、Ｎ）の前記移動体の位置とし、
ｈ（）を前記各点ｑとｘｉとの間の距離関数とし、
Ｌを移動体群の重心と前記全領域Ｑの重心との二乗距離とし、
ｋ１及びｋ２をそれぞれ設計により決定される係数とすると、
前記作業遂行ベクトルｕ１’は、

で与えられ、
λ２を代数的連結度とし、
εを閾値とし、
ｎを、正規化された前記代数的連結度の勾配ベクトルとし、
合成ベクトルｕは、

で与えられ、
前記移動制御情報は、前記合成ベクトルｕである、
移動制御方法。