JP7526682B2 - 安全制御装置および安全ルール調整方法 - Google Patents

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Description

本発明は、異種システムで制御される複数の制御対象が混在する環境下における制御に関する。なお、制御対象には、車両などの移動体、工場、発電所といったプラントが含まれる。
現在、ＡＩ（人工知能）などの技術の進歩に応じて、様々な分野で自動運転といった制御技術が展開されている。例えば、交通分野で自動車の自動運転技術や運転支援技術が開発されている。ここで、道路上には、異なる自動運転技術ないし運転支援技術が混在している。また、道路上では、これらの技術が適用された自動車と、手動運転の自動車も混在している。さらに、制御対象の１つであるロボットを利用した倉庫などの荷役を行う場合、作業員がロボットの作業の支援を行っていることがある。
以上のような人と機械などの異種システムが混在する制御技術においては、制御対象の動作の安全性の確保が求められている。例えば、制御対象の衝突、制御対象の人身事故、物損事故を抑止することが求められている。
このような安全性の確保を目的とする技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、作業者と機械が共存し、協調しながら作業する場合であっても、十分な安全性を確保することを課題としている。この課題を解決するために、特許文献１には、作業者の位置情報の履歴に基づいて作業者の予測動線を生成するとともに、機械の位置情報の履歴、および／または設定された稼働範囲に基づいて機械の予測動線を生成する生成部と、作業領域における、現在の作業者および機械の位置、ならびに、生成部が生成した作業者の予測動線および機械の予測動線から、作業者および機械の位置を予測し、予測した位置が、所定の位置関係になるか否かを、判定基準に基づいて判定する判定部と、判定部が、所定の位置関係になると判定した場合には、その旨を示す情報を通知する報知部と、を備える。そして、作業者と機械が共存し、協調しながら作業する場合であっても、十分な安全性を確保できることが記載されている。
特開２０２０－９６５１７号公報
特許文献１によれば、作業者（人）と機械の位置関係に応じてアラートを出力するなどの事故回避を行うことは可能である。但し、事故リスクが発生するごとに場当たり的な対応となり、事故リスクを根本的に減らすことは困難である。このため、特許文献１では、安全性を優先しすぎる制御を行うと機械の停止が増加し、作業効率の低下を招く。これに対して、作業効率を優先しすぎると、安全性を欠くことになる。したがって、特許文献１では、異種システムが混在する環境において、作業効率と安全性の確保のバランスをとることが困難であるとの課題がある。
上記の課題を解決するために本発明では、「行動調整」→「行動計画調整」→「安全ルール調整」との順序で各調整を実行する。より具体的な本発明の構成の一例は、複数の制御体系下にある異種システムにおける制御対象のそれぞれの行動を制御するための安全制御装置であって、互いに異なる制御体系化の制御対象について、当該制御対象の行動が想定される制御結果から乖離した競合が発生した場合、行動を調整するための行動調整指示を前記制御対象に出力する行動調整部と、前記行動の調整が所定の条件を満たす場合、予め記憶された前記制御対象における競合の回避および機能を発揮するための行動規則を示す行動計画を調整する行動計画調整部と、前記行動計画の調整が所定の条件を満たす場合、予め記憶された前記制御対象における競合を回避するための行動規則を示す安全ルールを調整する安全ルール調整部とを有する安全制御装置である。
また、本発明には、安全制御装置を用いた安全ルール調整方法や安全制御方法、安全ルール調整方法を実行するためのコンピュータプログラムやこれを格納した記憶媒体も含まれる。
本発明によれば、異種システムが混在する環境において、制御対象の行動について作業効率および安全性の確保が図られる。
実施例１を適用する環境を模式的に示す図である。 実施例１におけるシステム構成図である。 実施例１における各移動体のシステム構成図である。 実施例１における機能ブロック図である。 実施例１における安全ルールをネガティブリストで構成した例を示す図である。 実施例１における安全ルールをポジティブリストで構成した例を示す図である。 実施例１における行動計画を示す図である。 グラフ表現で行動計画を模式的に表した図である。 実施例１における処理手順を示すフローチャートである。 実施例１における行動計画の調整の具体例（優先度変更）を説明する図である。 実施例１における行動計画の調整の具体例（条件追加）を説明する図である。 実施例１におけるネガティブリストで構成される安全ルールの調整の具体例を説明する図である。 実施例１におけるポジティブリストで構成される安全ルールの調整の具体例を説明する図である。 実施例２を適用した自動倉庫システムを示す俯瞰図である。 実施例３を適用した工事現場１０００を示す俯瞰図である。 実施例３における移動経路を示す図である。 実施例４における機械対機械および機械対人間の衝突を防止する例を説明する図である。 実施例４における機械対人間の衝突を防止する例を説明する図である。 実施例４における機械対機械の衝突を防止する例を説明する図である。 実施例５を適用した電力網を示す図である。
以下、本発明の各実施例を、図面を参照して説明する。以下の各実施例では、異種システム、つまり、異なる制御体系下で制御される複数の制御対象が混在する環境下における制御を行っている。なお、この環境とは、制御の地理的な範囲を示す制御エリアを含む。
また、各実施例における安全とは、制御対象における競合を避けることを意味する。また、競合とは、制御対象の行動が想定される制御結果から乖離した状態を示す。このため、競合には、制御対象における事故、衝突、危険事象（TTC (Time to Collision)が規定以下になる事象）、障害、効果の未達、その他制御結果を損ねる事象が含まれる。
さらに、行動とは、制御対象の有する機能を示す。このため、行動には、移動体の走行、荷物運搬、工事、建築、建設、発電、配電、受電等の電力制御、その他稼働、動作などが含まれる。
さらに、制御体系下とは、自律的に制御する機器も含む。このため、自律的な制御を行う機器が複数ある場合も異種システムに該当する。このように各実施例におけるシステムは、必ずしもサーバなどを含むコンピュータシステムに限定されず、個々の機器も含まれる。
実施例１は、制御対象として、移動体を用いた場合の汎用的な一例を示す。また、本実施例では、行動として、移動体の走行を例に説明する。図１は、各実施例を適用する環境を模式的に示す図である。図１の環境においては、制御対象の各種移動体が存在している。このうち、移動体１－（ａ）および移動体１－（ｂ）が、自律的に制御を行うなど後述する安全制御サーバ５の制御体系下ではないものとする。例えば、移動体１－（ａ）が運転者の操作もしくは自身が有する運転支援機能や自動運転機能に従って移動する車両であり、移動体１－（ｂ）が人である。
また、移動体２－（ａ）および移動体２－（ｂ）は、いわゆるシステム（後述する安全制御サーバ５）の制御体系下で移動する機能を有する。なお、インフラセンサ装置３は、各移動体、特に、移動体１－（ａ）および移動体１－（ｂ）の移動状況を検知し、安全制御サーバ５にその結果を通知する。なお、図１における各移動体、インフラセンサ装置３は、図示した数に限定されない。例えば、インフラセンサ装置３は、複数設置されていることが望ましい。
次に、図２～図４を用いて、実施例１を実現するシステム、特に、安全制御サーバ５や各移動体の構成を説明する。図２は、実施例１におけるシステム構成図である。なお、図２においては、移動体２－（ａ）および移動体２－（ｂ）は、同様の構成であるため、をまとめて移動体２として記載する。また、移動体１－（ｂ）は、人であるため記載を省略する。図２において、移動体１－（ａ）、移動体２、インフラセンサ装置３および安全制御サーバ５が、ネットワーク7を介して接続されている。また、安全ルール６１を記憶する安全ルールＤＢ６が、安全制御サーバ５と接続される。なお、安全ルール６１は、安全制御サーバ５の補助記憶装置５４に記憶してもよい。さらに、安全ルールＤＢ６は、ネットワーク７を介して接続されてもよい。なお、上述したように、本実施例でのシステムには、サーバが必須でない。このため、本実施例の安全制御サーバ５の機能を、制御対象自身が有してもよい。
図２のうち、安全制御サーバ５は、安全制御装置として機能するいわゆるコンピュータで実現される。そして、安全制御サーバ５は、外部装置との通信などの情報の送受信するためのＩ／Ｆ部５１（インターフェース部）、各種演算を行う処理部５２、メモリで実現可能な主記憶装置５３およびストレージで実現可能な補助記憶装置５４を有する。また、これらは、互いにバスなどの通信路を介して接続されている。なお、Ｉ／Ｆ部５１は、入力、出力機能を分けて、入力Ｉ／Ｆと出力Ｉ／Ｆで構成してもよい。
ここで、処理部５２は、プロセッサ、ＣＰＵ等で実現され、主記憶装置５３に展開された各コンピュータプログラムに従って、演算を行う。また、主記憶装置５３は、補助記憶装置５４やその他記憶媒体に記憶されたコンピュータプログラムやその他演算に必要な情報が展開される。ここで、主記憶装置５３に展開されるコンピュータプログラムには、安全ルール調整プログラム５３１、行動計画調整プログラム５３２、行動調整プログラム５３３および起動制御プログラム５３４が含まれる。また、これら各コンピュータプログラムは、それぞれ独立したコンピュータプログラムでなくともよい。つまり、これらはコンピュータプログラムのモジュールとして実現してもよい。
さらに、補助記憶装置５４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などのいわゆるストレージで実現できる。そして、補助記憶装置５４は、情報として行動計画５４１を記憶する。また、補助記憶装置５４は、インフラセンサ装置３や各移動体で検知された物体情報５４２を記憶してもよい。
またさらに、インフラセンサ装置３は、道路などの制御エリアに設置されたセンサであり、各移動体、特に、安全制御サーバ５の制御体系下にない移動体１－（ａ）や移動体１－（ｂ）の移動を検知する。このために、インフラセンサ装置３は、各種車両検知器で実現できる。車両検知器には、レーザ、ループコイル、画像認識（カメラ）、ビーコンなどが含まれ、その原理は問わない。
次に、図３は、実施例１における各移動体のシステム構成図である。ここで、移動体１－（ａ）は、安全制御サーバ５以外の制御体系下で制御される。安全制御サーバ５以外の制御体系下には、例えば、自律的な制御や他の制御システムでの制御に応じて走行することが含まれる。
図３（ａ）は、移動体１－（ａ）の構成を示す。移動体１－（ａ）は、移動体コントローラ１１、移動体センサ１２、移動体アクチュエータ１３、運転装置１４および通信部１５を有する。そして、これらは、車内通信網１６を介して互いに接続される。
ここで、移動体コントローラ１１は、移動体１－（ａ）の移動、動作を制御し、いわゆるＥＣＵ（Engine Control Unit、Electronic Control Unit）で実現できる。このために、移動体コントローラ１１は、ＣＰＵ１１１１、メモリ１１１２を有するＭＣＵ１１１（Micro Controller Unit）、入力Ｉ／Ｆ１１２、出力Ｉ／Ｆ１１３および記憶媒体１１４を有する。なお、ＭＣＵ１１１は、メモリ１１１２のプログラムに従ってＣＰＵ１１１１が各種演算を実行する。なお、ＭＣＵ１１１は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）技術を用いて、各種演算を実行可能としてもよい。なお、移動体コントローラ１１は、運転支援機能や自動運転機能を有していてもよい。
また、移動体センサ１２は、レーザやLidar、ミリ波レーダ、カメラなどを含み、自車の周囲の障害物や道路の状況を検出し、また他の移動体や障害物との車間距離、方位を測定する。さらに、移動体センサ１２は、上述した複数種類の組合せで実現してもよい。
また、移動体アクチュエータ１３は、移動体１－（ａ）の移動を行うためのアクチュ―エータである。具体的には、動力源となるエンジン、モーターやバッテリーなどで実現される原動機１３１およびドライブシャフト、ブレーキなどで実現される駆動装置１３２を有する。つまり、原動機１３１からの動力を、駆動装置１３２を介して駆動することで、移動体１－（ａ）が移動を実行する。
また、運転装置１４は、運転手の操作により、移動体１－（ａ）を制御し、ステアリングのような操舵装置１４１やアクセルペダルやブレーキペダルのような制動装置１４２が含まれる。また、通信部１５は、ネットワーク７を介して、外部装置と通信する。さらに、車内通信網１６は、いわゆるＣＡＮ（Controller Area Network）で実現可能である。
また、図３（ｂ）は、移動体２の構成を示す。移動体２は、安全制御サーバ５の制御体系下にある移動体である。移動体２は、車載コントローラ２１、移動体センサ２２、移動体アクチュエータ２３および通信部２５を有する。そして、これらは、車内通信網２６を介して互いに接続される。これら各構成は、移動体１－（ａ）と同様であるため、その説明を省略する。なお、本実施例では、移動体２を無人運転車として説明するが、移動体１－（ａ）と同様に有人であってもよい。つまり、移動体２に、図示しない運転装置を設けてもよい。
次に、図４は、実施例１における機能ブロック図である。図４では、移動体１－（ａ）、移動体２、インフラセンサ装置３および安全制御サーバ５それぞれの機能ブロックを示す。
まず、移動体１－（ａ）は、移動体コントローラ１１および移動体センサ１２を有する。これらは、図３で記載したものと同じものである。ここで、移動体コントローラ１１は、移動体センサ１２で検知された信号を、物体情報５４２に変換するセンサ処理部１１－１を有する。そして、センサ処理部１１－１は、この物体情報５４２を安全制御サーバ５へ出力する。
なお、本図では、安全制御サーバ５からの指示に基づく移動体アクチュエータ１３の動作を実行しないため、この記載を省略した。また、移動体アクチュエータ１３は、センサ処理部１１－１で出力される物体情報５４２に基づいて、その動作が制御される機能を有することが望ましい。
次に、移動体２は、車載コントローラ２１、移動体センサ１２および安全制御サーバ５の指示に基づく動作を実行する移動体アクチュエータ２３を有する。これらは、図３で記載したものと同じものである。
車載コントローラ２１は、センサ処理部２１－１、行動計画制御部２１－２および行動制御部２１－３を有する。ここで、センサ処理部２１－１は、センサ処理部１１－１と同様の機能を有する、つまり、移動体センサ２２で検知された信号を、物体情報５４２に変換するセンサ処理部２１－１を有する。また、行動計画制御部２１－２および行動制御部２１－３は、センサ処理部２１－１や安全制御サーバ５からの出力に基づいて、移動体２の走行を制御するための演算を実行する。この演算については、追って説明する。
インフラセンサ装置３は、インフラセンサコントローラ３１およびインフラセンサ３２を有する。ここで、インフラセンサコントローラ３１は、移動体コントローラ１１と同様に、センサ処理部３１－１を有する。インフラセンサ３２は、移動体の移動を検知し、その信号をセンサ処理部３１－１に出力する。そして、センサ処理部３１－１は、検知された信号を物体情報５４２に変換し、安全制御サーバ５へ出力する。
次に、安全制御サーバ５について説明する。安全制御サーバ５は、その制御体系化下にある移動体２の制御を実現するための演算を実行する。このために、安全制御サーバ５は、安全ルールＤＢ６に格納される安全ルール６１や移動体１－（ａ）、移動体２やインフラセンサ装置３からの物体情報５４２を用いる。
ここで、安全制御サーバ５は、安全ルール調整部５３１０、行動計画調整部５３２０、行動調整部５３３０および起動制御部５３４０を有する。これらは、図２に示す処理部５２に対応する。より具体的には、各コンピュータプログラムに従った演算を、各部で実行することになる。以下は、その対応関係を示す。なお、制御エリア観測部５３５０は、図２におけるＩ／Ｆ部５１に該当する。
安全ルール調整プログラム５３１：安全ルール調整部５３１０
行動計画調整プログラム５３２：行動計画調整部５３２０
行動調整プログラム５３３：行動調整部５３３０
起動制御プログラム５３４：起動制御部５３４０
以下、各部の機能について簡単に説明する。なお、その詳細は、フローチャートを用いて、別途説明する。
起動制御部５３４０は、安全ルール調整部５３１０、行動計画調整部５３２０および行動調整部５３３０の起動を制御する。また、制御エリア観測部５３５０は、各移動体やインフラセンサ装置３から物体情報５４２を取得する。また、安全ルール調整部５３１０は、安全ルールＤＢ６にアクセスし、物体情報５４２を用いて、安全ルール６１の調整（修正を含む）を行う。
さらに、行動計画調整部５３２０は、安全ルール調整部５３１０からの安全ルール６１や制御エリア観測部５３５０からの物体情報５４２を用いて、移動体２の行動計画５４１の調整（含む修正）を行う。そして、行動計画調整部５３２０は、移動体２に対する行動計画調整指示や安全ルール調整指示を出力する。なお、安全ルール調整指示の出力は、安全ルール調整部５３１０が行ってもよい。またさらに、行動調整部５３３０は、安全ルール調整部５３１０からの安全ルール６１や行動計画調整部５３２０からの行動計画５４１を用いて、行動調整指示を出力する。行動調整指示には、行動の継続や停止を含む。ここで、行動の継続の場合、行動調整部５３３０は、行動調整指示の出力を抑止することで、実現してもよい。また、図４には、本実施例の移動体１－（ｂ）を示さないが、人である移動体１－（ｂ）に、移動体１－（ａ）と同様の構成を設けてもよい。例えば、ウェアラブルコンピュータやスマートフォンのような端末装置を、人に携帯させて実現することができる。
次に、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂを用いて、本実施例で用いられる情報について説明する。図５Ａおよび図５Ｂに、本実施例で用いられる安全ルール６１を示す。安全ルール６１は、移動体２の走行を規定する規則である。本実施例では、安全ルール６１は、安全ルール６１を識別する安全ルールＩＤごとに、行動（走行）における条件および行動を対応付けている。
ここで、図５Ａは、本実施例における安全ルール６１をネガティブリストで構成した例を示す図である。このため、行動における条件として、行動で禁止される禁止条件を用いている。この結果、このネガティブリストでは、禁止条件とこの条件を満たした場合の行動、つまり、走行における制御の内容を対応付けていることになる。
ここで、図５Ａにおいて、禁止条件には、開始時刻（経過時間）、環境条件および直前行動が含まれる。開始時刻は、移動体２がその行動が行われる経過時間を示す。また、環境条件は、他の物体（移動体や障害物を含む）との距離などの条件を示す。さらに、直前行動とは、移動体２の一定期間以内の行動を示す。これらは一例であり、移動体２の行動において、その行動が禁止、つまり、避けるべき行動である場合の条件であれば示されればよい。このため、開始時刻（経過時間）、環境条件および直前行動以外の項目を設けてもよいし、これらの一部を省略してもよい。そして、安全ルール６１の行動は、これらを満たした場合、移動体２に対する制御の内容を示す。図５Ａでは、行動の例として、停止を挙げたが、移動体２がフォークリフトである場合、以下のような詳細な内容であってもよい。「ｘ°の方向に（速度）ｍ／ｓで動くアームを（高さ）ｃｍ上げる／下げる。そして、（反）時計方向にｙ°旋回する。」
なお、安全ルール６１はネガティブリストには限定されない。次にポジティブリストで安全ルール６１を構成した例を説明する。図５Ｂは、本実施例における安全ルール６１をポジティブリストで構成した例を示す図である。このポジティブリストは、図５Ａのネガティブリストと比較して、形式上禁止条件が許可条件に変更されている。
図５Ｂ上、許可条件とは、移動体２の行動において、ポジティブリストに含まれる行動、つまり、許容される行動を行う際の条件を示す。このため、ネガティブリストとポジティブリストでは、その環境情報が相反する条件となる。また、その行動も別内容となる。なお、安全ルール６１において、行動は別情報として、リンクを張る構成としてもよい。さらに、安全ルール６１を、ネガティブリストおよびポジティブリストの組み合わせで実現してもよい。
次に、図６Ａに、本実施例で用いられる行動計画５４１を示す。行動計画５４１は、安全ルール６１に基づく情報であり、行動の計画を示す。このため、本実施例の行動計画５４１もポジティブリストの性質を有するが、これに限定されない。
ここで、行動計画５４１は、行動計画を識別する行動計画ＩＤごとに、行動開始条件、行動終了条件および行動を対応付けている。行動開始条件は、安全ルール６１の許可条件と同様である。また、行動終了条件は、対応する行動を終了する際の条件を示す。また、行動も安全ルール６１と同様の項目である。なお、行動計画５４１も、図６Ａに示す内容に限定されない。
ここで、図６Ｂは、グラフ表現で行動計画５４１を模式的に表した図である。図６Ｂにおいて、矢印が移動体２の各行動を示す。そして、丸部分が行動開始条件、バツ部分が行動終了条件を示す。このように、矢印の集合で、移動体２の時系列の行動全体を規定することになる。このため、図中行動Ａの直前行動は、その矢印が示す「Ｘ°の方向に（速度）ｍ／ｓで動く」と特定できる。
なお、より好適には、安全ルール６１は移動体２の衝突などの競合を避けるための安全性を考慮した情報であり、行動計画５４１は、安全性に加え移動体２での作業、業務の効率性も考慮した情報であることが望ましい。つまり、安全ルール６１は、制御対象における競合を回避するための行動規則を規定し、行動計画５４１は、制御対象における競合の回避および機能を発揮するための行動規則を示す。
以上で、本実施例で用いられる情報の説明を終わり、以下本実施例の処理の詳細を説明する。図７は、本実施例における処理手順を示すフローチャートである。ここで、図７を説明する前に、本フローチャートの前提について説明する。図１の環境において、各移動体が環境内で走行、つまり、行動している。この際、各移動体およびインフラセンサ装置３がその走行の状況（走行状況）を検知している。具体的には、移動体１－（ａ）は、自身の移動体センサ１２により障害物等の他の物体や自身の走行状況を検知する。
また、移動体２も、自身の移動体センサ２２により障害物等の他の物体や自身の走行状況を検知する。さらに、インフラセンサ装置３も、インフラセンサ３２により障害物等の物体や各移動体の走行状況を検知する。なお、走行状況には、停止している物体、移動体を検知することも含まれる。
そして、各装置において、センサ処理部で、走行状況を示す信号を、情報処理可能な情報である物体情報５４２に変換する。具体的には、移動体１－（ａ）において、移動体コントローラ１１のセンサ処理部１１－１が、移動体センサ１２で検知した信号を、物体情報５４２に変換する。そして、物体情報５４２を、センサ処理部１１－１からネットワーク７を介して、安全制御サーバ５の制御エリア観測部５３５０へ出力する。
また、移動体２において、車載コントローラ２１のセンサ処理部２１－１が、移動体センサ２２で検知した信号を、物体情報５４２に変換する。そして、物体情報５４２を、センサ処理部２１－１からネットワーク７を介して、安全制御サーバ５の制御エリア観測部５３５０へ出力する。
さらに、インフラセンサ装置３において、インフラセンサコントローラ３１のセンサ処理部３１－１が、インフラセンサ３２で検知した信号を、物体情報５４２に変換する。そして、物体情報５４２を、センサ処理部３１－１からネットワーク７を介して、安全制御サーバ５の制御エリア観測部５３５０へ出力する。なお、インフラセンサ装置３については、省略してもよい。さらに、インフラセンサ装置３に限定して、各移動体の移動体センサの利用を省略してもよいし、移動体センサを備えない移動体に対して制御について考慮してもよい。
またさらに、移動体２は、自身の行動計画５４１を記憶媒体に記憶している。そして、行動計画制御部２１－２が、センサ処理部２１－１からの物体情報５４２および自身の行動計画５４１に基づいて、行動指示を作成する。そして、行動計画制御部２１－２が、当該行動指示を行動制御部２１－３に出力する。これを受けて、行動制御部２１－３が移動体アクチュエータ２３に制御信号を出力する。このことで、移動体２は、行動計画５４１に基づく走行を実行することになる。
以下、各ステップの主体を、図４の機能ブロック図の各部を用いて説明する。まず、ステップＳ０１において、制御エリア観測部５３５０は、各センサ処理部からの物体情報５４２を取得する。
次に、ステップＳ０２において、起動制御部５３４０は、ステップＳ０１における物体情報５４２の取得をトリガーに、行動調整部５３３０を起動させる。そして、行動調整部５３３０は、ステップＳ０２で取得された物体情報５４２を用いて、各移動体２（移動体２－（ａ）、２－（ｂ））において、競合を発生するかを判断する。ここで、競合の発生は、その可能性を示す数値が所定値以上かで判断してもよい。より具体的には、行動調整部５３３０は、物体情報５４２が示す各移動体２のいずれの行動が、安全ルール６１もしくは行動計画５４１の禁止条件を満たすかを判断する。この結果、満たさない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ０３に遷移する。また、満たす場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ０４に遷移する。なお、ここでは、禁止条件を満たすかを判断しているが、安全ルール６１として、図５Ｂに示すようなポジティブリストを用いる場合、許可条件を満たさないかで判断してもよい。
次に、ステップＳ０３において、行動調整部５３３０は、移動体２の車載コントローラ２１に対して、ネットワーク７を介して、行動調整指示としてその際の行動を維持する指示を送信する。この際、行動調整部５３３０は、制御エリア観測部５３５０のようなＩ／Ｆ部５１のような通信機能を有する構成を用いることが望ましい。以下、安全制御サーバ５での通信では同様である。また、ステップＳ０３において、行動調整部５３３０は、指示送信を行わず、静観する処理を実行してもよい。そして、ステップＳ０１に戻る。
また、ステップＳ０４において、行動調整部５３３０は、移動体２の車載コントローラ２１に対して、ネットワーク７を介して、行動調整指示としてその際の行動を停止する指示を送信する。この場合、この行動調整指示として、安全ルール６１ないし行動計画５４１の行動に記述された行動調整指示を送信してもよい。このように、本ステップでは、移動体２の走行に変更をもたらすことになる。
これら、ステップＳ０３およびＳ０４の結果、移動体２の行動制御部２１－３は、行動調整部５３３０から出力された行動調整指示に従った制御信号を作成する。そして、行動制御部２１－３は、移動体アクチュエータ２３に対して、制御信号を出力する。このことで、移動体２は、行動調整指示に従った走行が可能となる。
次に、ステップＳ０５において、起動制御部５３４０は、行動計画５４１の調整が必要かを判断する。例えば、起動制御部５３４０は、ステップＳ０４での行動調整が所定条件を満たすかを判断する。この結果、所定条件を満たさない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ０６に遷移する。また、所定条件を満たす場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ０７に遷移する。この所定条件の一例としては、所定期間内の行動の調整回数、つまり、調整の頻度が含まれる。この場合、本ステップにおいて、起動制御部５３４０は、予め定めた閾値以上であるかを判断することになる。
次に、ステップＳ０６において、行動計画を維持、つまり、そのまま特段の処理を実行しないで、ステップＳ０１に戻る。
また、ステップＳ０７において、起動制御部５３４０は、行動計画調整部５３２０を起動する。そして、行動計画調整部５３２０が、行動計画５４１を調整する。つまり、行動計画調整部５３２０が、補助記憶装置５４に格納された行動計画５４１を修正する。また、行動計画調整部５３２０は、修正された行動計画５４１を、ネットワーク７を介して移動体２のそれぞれに出力する。
なお、本ステップの実行タイミングは、ステップＳ０５と同一期間内（リアルタイム反映）であってもよいし、別期間（バッチ反映）であってもよい。リアルタイム反映の場合、行動計画調整部５３２０は、例えば、ステップＳ０５の実行時間内や実行日内にステップＳ０７を実行してもよい。バッチ反映の場合、ステップＳ０５の実行日の翌日や当日の制御終了後に、他の調整と併せて行わることになる。なお、リアルタイム反映とバッチ反映においては、ステップＳ０５の判断基準を変更することが望ましい。例えば、閾値の場合、リアルタイム反映の閾値を変更することが望ましい。リアルタイム反映の閾値をより大きくすることで、制御中の行動計画の調整回数を抑止することができる。
ここで、行動計画５４１の調整の具体例を、図８Ａおよび図８Ｂを用いて、説明する。図８Ａは、本実施例における行動計画の調整として、優先度を変更する具体例を説明する図である。本例では、行動計画５４１は、図６Ａに示す行動計画５４１に比べ、各レコードに優先度を追加されている。これは、各移動体２の行動を制御する場合に、用いる行動計画の優先度合を示す。
本ステップにおいて、行動計画調整部５３２０は、行動計画調整の要因となった行動を特定する。例えば、行動計画調整部５３２０は、ステップＳ０５での所定条件を満たすことになった行動を特定する。そして、行動計画調整部５３２０は、これに該当する行動計画を特定する。つまり、行動計画調整部５３２０は、ステップＳ０２における禁止条件における行動開始条件を特定する。例えば、図８Ａの例では、行動計画ＩＤ＝０００１１の行動開始条件が特定されている。
次に、行動計画調整部５３２０は、特定された行動開始条件を含むレコードの優先度を下げる。図８Ａの例では、行動計画調整部５３２０は、優先度２から３以降に優先度を変更することになる。
次に、図８Ｂは、本実施例における行動計画の調整として、条件を追加する具体例を説明する図である。図８Ａと同様に、本例でも行動計画調整部５３２０は、ステップＳ０２における禁止条件における行動開始条件を特定する。本例でも、行動計画ＩＤ＝０００１１の行動開始条件が特定されている。
次に、行動計画調整部５３２０は、特定された行動開始条件のうち、開始条件に排他制御を追加する。この追加処理は、排他制御を有効化する処理であってもよい。なお、この排他制御には、いわゆるセマフォーが含まれる。
以上で、行動計画の調整、つまり、ステップＳ０７の説明を終了し、ステップＳ０８の説明に移る。ステップＳ０８において、起動制御部５３４０は、安全ルール６１の調整が必要かを判断する。例えば、起動制御部５３４０は、ステップＳ０７での行動計画調整が所定条件を満たすかを判断する。この結果、所定条件を満たさない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ０９に遷移する。また、所定条件を満たす場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０に遷移する。この所定条件の一例としては、所定期間内の行動の調整回数、つまり、調整の頻度が含まれる。この場合、本ステップにおいて、起動制御部５３４０は、予め定めた閾値以上であるかを判断することになる。
次に、ステップＳ０９において、行動計画を維持、つまり、そのまま特段の処理を実行しないで、ステップＳ０１に戻る。
また、ステップＳ１０において、起動制御部５３４０は、安全ルール調整部５３１０を起動する。そして、安全ルール調整部５３１０が、安全ルール６１を調整する。つまり、安全ルール調整部５３１０が、安全ルールＤＢ６に格納された安全ルール６１を修正する。
なお、本ステップの実行タイミングは、ステップＳ０７と同様に、ステップＳ０８と同一期間内（リアルタイム反映）であってもよいし、別期間（バッチ反映）であってもよい。この場合、ステップＳ０７と同様に、リアルタイム反映とバッチ反映における判断基準を変更することが望ましい。
ここで、安全ルール６１の調整の具体例を、図９Ａおよび図９Ｂを用いて、説明する。まず、図９Ａは、本実施例におけるネガティブリストで構成される安全ルール６１の調整の具体例を説明する図である。安全ルール調整部５３１０は、安全ルール調整の要因となった行動を特定する。例えば、安全ルール調整部５３１０は、ステップＳ０８での所定条件を満たすことになった行動を特定する。そして、安全ルール調整部５３１０は、これに該当する安全ルール６１を特定する。つまり、安全ルール調整部５３１０は、ステップＳ０２における禁止条件を特定する。この結果、図９Ａに示す安全ルールＩＤ＝０００００１の禁止条件が特定されたものとする。
そして、安全ルール調整部５３１０は、追加条件を、図９Ａに示すように該当レコードに追加する。この追加条件は、安全ルール調整部５３１０が、安全ルール調整の要因となった行動における条件を特定してこれを記録することになる。なお、制御において、禁止条件と追加条件は、ＯＲ条件として扱われることが望ましい。
次に、図９Ｂは、本実施例におけるポジティブリストで構成される安全ルール６１の調整の具体例を説明する図である。安全ルール調整部５３１０は、安全ルール調整の要因となった行動を特定する。例えば、安全ルール調整部５３１０は、ステップＳ０８での所定条件を満たすことになった行動を特定する。そして、安全ルール調整部５３１０は、これに該当する安全ルール６１を特定する。つまり、安全ルール調整部５３１０は、ステップＳ０２における禁止条件を特定する。この結果、図９Ｂに示す安全ルールＩＤ＝０００００１の禁止条件が特定されたものとする。
そして、安全ルール調整部５３１０は、除外条件を、図９Ｂに示すように該当レコードに追加する。この除外条件は、安全ルール調整部５３１０が、安全ルール調整の要因となった行動における条件を特定してこれを記録することになる。なお、制御において、禁止条件と除外条件は、ＡＮＤ条件として扱われることが望ましい。
このようにして、本実施例においては、制御対象の行動において、競合が発生した場合に、行動調整、行動計画調整および安全ルール調整との順序で調整が行われる。但し、行動調整後に、行動計画調整を省略して、安全ルール調整を行ってもよい。
さらに、本実施例では、起動制御部５３４０が、安全ルール調整部５３１０、行動計画調整部５３２０および行動調整部５３３０を起動する構成としたが、起動制御部５３４０は無くとも構わない。またさらに、起動制御部５３４０は、安全ルール調整部５３１０、行動計画調整部５３２０および行動調整部５３３０の少なくとも１つを起動する構成としてもよい。この場合、起動制御部５３４０が安全ルール調整部５３１０および行動計画調整部５３２０を起動し、行動調整部５３３０は、定常的に稼働する構成とすることが望ましい。なお、図８において、ステップＳ１０の後は、終了となっているが、リアルタイム反映の場合、ステップＳ０３、Ｓ０６およびＳ０９と同様に、ステップＳ０１に戻ることが望ましい。
次に、本発明を実施例２について、説明する。図１０は、本実施例を適用した自動倉庫システムを示す俯瞰図である。図１０では、制御エリアである共有領域１００において、トラックの積み荷を図中左側の仮置き場に運び、これらについて検品や図示しない倉庫への搬送が行われていることを示す。このため、共有領域１００では、トラックから積み荷を無人で荷下ろしし、仮置き場に移動させるトラック積降システムと、倉庫へ搬送する倉庫管理システムとの異種システムが混在していることになる。
ここで、トラック積降システムは、自動フォークリフトで代表される無人機械２０１－（ａ）を構成要素とする。また、倉庫管理システムは、フォークリフトで代表される有人機械１０１－（ａ）、作業員１０１－（ｂ）を構成要素とする。そして、共有領域１００には、インフラセンサ装置３－（ａ）および３－（ｂ）が設置されている。また、これら各構成要素と、ネットワーク７を介して安全制御サーバ５が接続されている。
そして、安全制御サーバ５が、本実施例の自動倉庫システムにおいて、実施例１で説明した処理を実行する。なお、有人機械１０１－（ａ）および作業員１０１－（ｂ）が、実施例１の移動体１－（ａ）、１－（ｂ）に相当する。さらに、無人機械２０１－（ａ）が、移動体２に相当する。
次に、本発明を実施例３について、説明する。本実施例は、自動車が走行する道路上の一部で、建設機械による施工がなされている場面に、本発明を適用したものである。本実施例の処理は、実施例１や実施例２と同様であり適用先が異なる。図１１は、本実施例を適用した工事現場１０００を示す俯瞰図である。図１１において、制御エリアである道路上の工事現場１０００で、建設機械を用いた工事を行っている。つまり、片側２車線の道路の片側をふさぐように建設機械や周囲作業員が施工を行っている。
ここで、人が運転する自動車群（２０２－（ａ）、２０２－（ｂ））が、道路を走行している。そして、これらを、１つの制御体系である自動車運転システムとする。自動車運転システムは、その場所（道路、駐車場など）に設定されている交通ルールをベースルールとして振る舞うように把握できる。また、自動車システム内の各自動車２０２－（ａ）、２０２－（ｂ）は、図示しない安全制御サーバ５に接続されている。そして、安全制御サーバ５から、各自動車２０２－（ａ）、２０２－（ｂ）の移動体コントローラ１１に大域的移動経路が配信され、該当の自動車では自動運転又はオペレータによる手動運転がなされているとする。
また、オペレータが運転する建設機械１０２－（ａ）を、自動車システムとは異なる制御体系である建設機械システムとする。建設機械１０２－（ａ）は、施工計画に則って順番に移動しながら掘削などの施工を行い、施工計画或いは現場の労働安全に関するルール等がベースルールとなる。このように、工事現場１０００では異種システムが混在している。
そして、これらの各システムのベースルールに基づく各移動体（自動車システムの自動車群、建設機械システムの場合は建設機械１０２－（ａ）や作業員）の単独システムでの移動経路は、それぞれ図１２（ａ）（ｂ）に示す通りとなる。なお、図１２では、自動車システムでの車線変更の移動経路は省略している。
ここで、自動車システムと建設機械システムが、共有領域である工事現場１０００内で共存して行動する場合、各自動車（２０２－（ａ）、２０２－（ｂ））は、片側２車線において建設機械システムにより走行不可能である。このため、建設機械システムにふさがれている車線を走行する各自動車（２０２－（ａ）、２０２－（ｂ））は、反対車線を走行する自動車がいる場合は停止し続ける。そして、反対車線を走行する自動車がいなくなると反対車線を利用して建設機械１０２－（ａ）を追い越すこととなる。また、両車線の交通量が同程度である場合、片側に渋滞が発生し、自動車システムでのタスク完了時間が延びる可能性が高い。なお、タスク完了とは、自動車の行動、つまり、目的地までの走行を指す。
このような環境において、安全制御サーバ５は、実施例１で詳述した処理を行うことで、安全ルール６１として、図１２（ｃ）に示すような共通移動経路が作成する。なお、本実施例においては、各自動車（２０２－（ａ）、２０２－（ｂ））は、自律制御又は車載装置にガイダンス表示されることで、工事現場１０００内の安全性と効率が最適化される。
次に、本発明を実施例４について、図１３Ａ～図１３Ｂを用いて説明する。実施例４は、制御エリアとして、道路上の交差点に実施例１で詳述した処理を適用した例である。本実施例では、歩行者１０３－（ａ）、１０３－（ｂ）や自動車２０３－（ａ）、２０３－（ｂ）が、信号（２０３－（ｃ）、２０３－（ｄ））が設置された交差点に接近しているものとする。なお、歩行者１０３－（ａ）、１０３－（ｂ）は、自転車や軽車両を含む。
ここで、歩行者１０３－（ａ）、１０３－（ｂ）が、実施例１の移動体１に相当する。また、自動車２０３－（ａ）、２０３－（ｂ）や信号２０３－（ｃ）、２０３－（ｄ）が実施例１の移動体２相当する。つまり、自動車２０３－（ａ）、２０３－（ｂ）や信号２０３－（ｃ）、２０３－（ｄ）が、安全制御サーバ５の制御体系下にあるものとする。そして、インフラセンサ装置３が、交差点を含むフィールドを監視し、この内容を示す物体情報を、安全制御サーバ５に通知する。また、信号２０３－（ｃ）、２０３－（ｄ）は、交通規制装置の一例であり、安全制御サーバ５と通信して、その表示を制御する。さらに、自動車２０３－（ａ）、２０３－（ｂ）や信号２０３－（ｃ）、２０３－（ｄ）が、安全制御サーバ５と通信装置を介して通信することになる。
まず、図１３Ａは、歩行者１０３－（ａ）、１０３－（ｂ）や自動車２０３－（ａ）、２０３－（ｂ）の事故を防止する例、つまり、機械対機械および機械対人間の衝突を防止する例である。ここで、インフラセンサ装置３が交差点内に歩行者１０３－（ａ）、１０３－（ｂ）が侵入しようとすることを検知したものとする。この場合、安全制御サーバ５は、自動車２０３－（ａ）、２０３－（ｂ）や信号２０３－（ｃ）、２０３－（ｄ）に、行動調整指示を出力する。つまり、安全制御サーバ５は、自動車２０３－（ａ）、２０３－（ｂ）に対して、制動指示を出力する。また、安全制御サーバ５は、信号２０３－（ｃ）、２０３－（ｄ）のうち、自動車向けの信号に対して、赤信号を出力するための指示を出力する。ここで、機械対人間のみを考慮した場合、上記制御で問題ないが、このままでは異なる方向に移動する自動車をそれぞれ停止させてしまうこともある。
そこで、本実施例では、安全制御サーバ５は、歩行者１０３－（ａ）、１０３－（ｂ）の交差点への侵入方向を特定する。そして、安全制御サーバ５は、特定された侵入方向では事故が発生する可能性の高い自動車の信号機を赤信号に行動調整を行う。
そして、安全制御サーバ５は、以上の行動調整を行い、所定条件を満たした場合、行動計画調整や安全ルール調整を実行する。なお、行動計画調整や安全ルール調整においては、歩行者優先との大原則は維持しながら、これらを実行することが望ましい。
次に、図１３Ｂは、本実施例における機械対人の衝突、つまり、自動車２０３－（ａ）と歩行者１０３－（ａ）、１０３－（ｂ）の事故を防止するための例を示す図である。この例は、図１３Ａで説明した歩行者１０３－（ａ）、１０３－（ｂ）を優先した行動調整およびこれ以降の行動計画調整や安全ルール調整を実行することになる。
最後に、図１３Ｃは、本実施例における機械対機械の衝突、つまり、自動車２０３－（ａ）と自動車２０３－（ｂ）の事故を防止するための例を示す図である。赤信号側の自動車が速度超過であり、交差点前での停止が困難な場合、安全制御サーバ５が行動調整を行う。つまり、行動調整として、信号の青信号と赤信号を変更する。そして、安全制御サーバ５は、この行動調整が所定条件を満たす場合、信号の変更間隔を変更することを含む行動計画調整や安全ルール調整を実行する。
さらに、本例では、本例の行動調整およびこれに続く計画調整や安全ルール調整においては、赤信号側の道路で渋滞が発生し、青信号側の交通量がより少ない場合、信号機の信号を変更する行動調整を行ってもよい。そして、安全制御サーバ５は、以降計画調整や安全ルール調整を実行する。この場合、行動計画調整や安全ルール調整においては、信号の変更間隔を変更することが含まれる。また、この変更間隔の変更においては、時間帯で変更間隔が異なることが含まれる。
次に、本発明を実施例５について、図１４を用いて説明する。実施例５は、制御エリアとして、電力網１００００に実施例１の処理を適用した例である。図１４に、実施例５の電力網１００００を示す。図１４において、電力網１００００には、一般家庭や事業者、工場などの需要家１０４－（ａ）、１０４－（ｂ）が接続されている。また、電力網１００００には、発電所２０４－（ａ）、２０４－（ｂ）やいわゆる分散電源２０４－（ｃ）も接続されている。そして、安全制御サーバ５と発電所２０４－（ａ）、２０４－（ｂ）や分散電源２０４－（ｃ）の制御装置が、ネットワーク７を介して、接続されている。なお、ネットワーク７には、需要家１０４－（ａ）、１０４－（ｂ）のスマートメーターが接続されていてもよい。
さらに、需要家１０４－（ａ）、１０４－（ｂ）、発電所２０４－（ａ）、２０４－（ｂ）や分散電源２０４－（ｃ）のそれぞれに安全制御サーバ５に相当する装置を設けてもよい。また、本実施例において、需要家１０４－（ａ）、１０４－（ｂ）が実施例１の移動体１に相当する。また、発電所２０４－（ａ）、２０４－（ｂ）や分散電源２０４－（ｃ）が実施例１の移動体２に相当する。このように、本実施例では、電力の供給側のシステム（制御体系）と需要側のシステム（制御体系）が混在している。この場合、後述する行動調整、行動計画調整や安全ルール調整を、供給側ないし需要側のシステムについて実行することになる。但し、各発電所や工場などを１つのシステムとして捉えてもよい。後述する行動調整、行動計画調整や安全ルール調整を、これらシステムを対象としてもよい。
ここで、電力網１００００においては、競合として、電力不足（停電を含む）や電力余剰が発生する。そこで、安全制御サーバ５は、このような競合が発生した場合、発電所２０４－（ａ）、２０４－（ｂ）や分散電源２０４－（ｃ）に、電力制御についての指令、つまり、行動調整指令を出力する。このことで発電所２０４－（ａ）、２０４－（ｂ）や分散電源２０４－（ｃ）における発電量が制御される。この制御が示す行動調整が所定条件を満たす場合、安全制御サーバ５は、行動計画調整や安全ルール調整を実行する。この行動計画調整や安全ルール調整には、発電スケジュールの作成や修正が含まれる。
なお、本実施例では、行動調整として、発電所や電源の発電量を制御する構成としたが、変電所などでの動作を制御してもよい。さらに、安全制御サーバ５は、需要家側に設置されたスマートメーターを制御して、その需要量の制御を行動調整として実行してもよい。
以上で、本発明の各実施例の説明を終了する。本発明は、上述した例に限定されず、競合が発生する他の適用先にも適用可能である。
１…移動体１、１１…移動体コントローラ、１１－１…センサ処理部、１２…移動体センサ、２…移動体２、２１…車載コントローラ、２１－１…センサ処理部、２１－２…行動計画制御部、２１－３…行動制御部、２２…移動体センサ、２３…移動体アクチュエータ、３…インフラセンサ装置、３１…インフラセンサコントローラ、３１－１…センサ処理部、３２…インフラセンサ、５…安全制御サーバ、５３１０…安全ルール調整部、５３２０…行動計画調整部、５３３０…行動調整部、５３４０…起動制御部、５３５０…制御エリア観測部、６…安全ルールＤＢ

Claims (8)

  1. 複数の制御体系下にある異種システムにおける制御対象のそれぞれの行動を制御するための安全制御装置であって、
    互いに異なる制御体系化の制御対象について、当該制御対象の行動が想定される制御結果から乖離した競合が発生した場合、行動を調整するための行動調整指示を前記制御対象に出力する行動調整部と、
    前記行動の調整が所定の条件を満たす場合、予め記憶された前記制御対象における競合の回避および機能を発揮するための行動規則を示す行動計画を調整する行動計画調整部と、
    前記行動計画の調整が所定の条件を満たす場合、予め記憶された前記制御対象における競合を回避するための行動規則を示す安全ルールを調整する安全ルール調整部とを有する安全制御装置。
  2. 請求項１に記載の安全制御装置において、
    行動計画調整部は、
    前記行動の調整の要因となった行動に対応する行動計画の優先度を低下するか、
    当該行動の調整の要因となった行動に対応する行動計画が示す行動開始条件に排他条件を追加することで、前記行動計画の調整を実行する安全制御装置。
  3. 請求項１または２のいずれかに記載の安全制御装置において、
    前記安全ルールは、前記制御対象の行動とその禁止条件が対応付けられており、
    前記安全ルール調整部は、前記行動計画の調整の要因となった行動に対応する禁止条件に、ＯＲ条件である追加条件を追加することで、前記安全ルールの調整を実行する安全制御装置。
  4. 請求項１または２のいずれかに記載の安全制御装置において、
    前記安全ルールは、前記制御対象の行動とその許可条件が対応付けられており、
    前記安全ルール調整部は、前記行動計画の調整の要因となった行動に対応する許可条件に、ＡＮＤ条件である除外条件を追加することで、前記安全ルールの調整を実行する安全制御装置。
  5. 複数の制御体系下にある異種システムにおける制御対象のそれぞれの行動を制御するための安全制御装置を用いた安全ルール調整方法であって、
    行動調整部により、互いに異なる制御体系化の制御対象について、当該制御対象の行動が想定される制御結果から乖離した競合が発生した場合、行動を調整するための行動調整指示を前記制御対象に出力し、
    行動計画調整部により、前記行動の調整が所定の条件を満たす場合、予め記憶された前記制御対象における競合の回避および機能を発揮するための行動規則を示す行動計画を調整し、
    安全ルール調整部により、前記行動計画の調整が所定の条件を満たす場合、予め記憶された前記制御対象における競合を回避するための行動規則を示す安全ルールを調整する安全ルール調整方法。
  6. 請求項５に記載の安全ルール調整方法において、
    行動計画調整部により、
    前記行動の調整の要因となった行動に対応する行動計画の優先度を低下するか、
    当該行動の調整の要因となった行動に対応する行動計画が示す行動開始条件に排他条件を追加することで、前記行動計画の調整を実行する安全ルール調整方法。
  7. 請求項５または６のいずれかに記載の安全ルール調整方法において、
    前記安全ルールは、前記制御対象の行動とその禁止条件が対応付けられており、
    前記安全ルール調整部により、前記行動計画の調整の要因となった行動に対応する禁止条件に、ＯＲ条件である追加条件を追加することで、前記安全ルールの調整を実行する安全ルール調整方法。
  8. 請求項５または６のいずれかに記載の安全ルール調整方法において、
    前記安全ルールは、前記制御対象の行動とその許可条件が対応付けられており、
    前記安全ルール調整部により、前記行動計画の調整の要因となった行動に対応する許可条件に、ＡＮＤ条件である除外条件を追加することで、前記安全ルールの調整を実行する安全ルール調整方法。
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