JPH06138941A - 障害物回避装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の移動障害物に対して同時に衝突危険度
が高くなったような非常事態においても回避動作が十分
に行う。 【構成】 最初はあるアルゴリズムに従って衝突回避が
行われ、衝突危険度が第１の基準値を越えた対象障害物
が２つ以上存在する場合を第１の計数部３８で識別し、
対象物との距離が第２の基準値を越えた対象物が２つ以
上存在する場合を第２の計数部３９で識別し、第１の計
数部３８で衝突危険度が第１の基準を越えた障害物が２
つ以上あり、かつ第２の計数部３９で対象物との距離が
第２の基準値を越えた対象物が２つ以上あるとき異常状
態であると断定手段３７で断定し、異常状態の時は目標
地点に進行する制御を無効にして障害物の回避に徹する
ように制御部３５でアルゴリズムを変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動ロボットあるいは
無人搬送車等が走行中に遭遇する障害物を回避する障害
物回避装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】静止もしくは移動中の障害物を回避する
装置について、出願人は特願平３−１３９２７７号にお
いて、多次元メンバーシップ関数を使用する方法を提案
している。

【０００３】これは障害物のある領域内にファジイ集合
の適合度を表すことができる多次元メンバーシップ関数
を設定し、その多次元メンバーシップ関数を用いて適合
度を算出することにより、領域内における衝突危険度を
求め、その衝突危険度の値からその領域内を移動する移
動体が障害物を回避するための制御指令を生成し、出力
するようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の方法は移動障害物の数や
位置に無関係に固定されたアルゴリズムで回避動作を決
定しているので、複数の移動障害物に対して同時に衝突
危険度が高くなったような非常事態においては回避動作
が不十分になり例えば図２２に示すように衝突を回避で
きない場合が生ずる。

【０００５】これは例えば、図２２に示すようにゴール
１０１に向かう移動体１０２が前方からくる移動障害物
１０３、１０４を回避している状態を示し、移動体１０
２、１０３、１０４の黒丸は一例として５サンプリング
時点毎の位置を見やすくしているものである。

【０００６】この例では移動体１０２が移動障害物１０
３を回避しているが、回避しきれずに×印の地点で衝突
している状態を示している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために第１の発明は、複数の移動障害物に対する衝突
危険度に基づいて特定の状況を識別する状況予測装置
と、障害物回避のためのアルゴリズムを使い分ける回避
制御装置とを備えたものである。

【０００８】第２の発明は衝突危険度が第１の基準値を
越えた対象障害物が２つ以上存在する場合を識別する第
１の計数部と、対象物との距離が第２の基準値を越えた
対象物が２つ以上存在する場合を識別する第２の計数部
と、第１の計数部で衝突危険度が第１の基準を越えた障
害物が２つ以上ありかつ第２の計数部で対象物との距離
が第２の基準値を越えた対象物が２つ以上あるとき異常
状態であると断定する断定手段と、異常状態の時目標地
点に進行する制御を無効にして障害物の回避に徹するよ
うにアルゴリズムを変更する制御部とを備えたものであ
る。

【０００９】

【作用】第１の発明は、複数の移動障害物に対する衝突
危険度に基づいて特定の状況が識別され、その識別結果
に従って障害物回避のためのアルゴリズムを使い分ける
回避制御が行われる。

【００１０】第２の発明は、第１の発明に加え、衝突危
険度が所定値以上ある障害物が２つ以上存在する状態に
なったとき、ゴールを無視して回避に専念する制御が行
われる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。この装置の構成は、障害物のある領域内における
複数の障害物の各々と移動体との衝突危険度を求める衝
突危険度判定装置１、その衝突危険度に基づいて特定の
状況を識別する状況予測装置２、衝突危険度判定手段１
と状況予測装置２との値に基づいて状況識別と制御戦略
を使い分けた回避動作の決定、すなわち目標物に向かい
つつ障害物を回避するための制御指令を出力する制御装
置３とに分けられる。

【００１２】そして制御装置３は所定値以上の危険度を
有する障害物が２つ以上ある時は目標へ向かう制御機能
を停止するようになっている。

【００１３】衝突危険度判定装置１は、移動体が進行す
る領域内にある障害物に関する情報を得るための手段と
して、障害物の位置、速度及び進行方向（一定の目標方
向に対する角度）を検出する障害物の位置・速度・進行
方向検出装置部１１と、その検出信号を演算処理のため
のディジタル信号に変換する信号変換部１２とを備えて
いる。

【００１４】また、移動体に関する情報を得るための手
段として、当該移動体の位置、速度及び旋回角度を計測
する自車の速度・旋回角度計測装置１３と、その計測信
号を演算処理のための信号に変換する信号変換装置１４
とを備えている。

【００１５】更に、前述した多次元メンバシップ関数を
記憶した多次元メンバシップ関数記憶部１５と、自車の
速度・旋回角度計測装置１３からの計測信号に応じて、
多次元メンバシップ関数記憶部１５に格納された多次元
メンバシップ関数を自動的に変更するメンバーシップ関
数自動変換装置１６を備えている。

【００１６】そのほかに、信号変換装置１２の出力、多
次元メンバーシップ関数記憶部１５の出力、状況予測装
置２の出力により衝突危険度を演算するＣＰＵ１７、演
算された衝突危険度の値を出力する衝突危険度出力装置
１８を備えている。

【００１７】衝突危険度判定装置１において、障害物の
位置・速度・進行方向検出装置１１は例えば、平面上を
移動する移動体に対する障害物に対して、光によりその
障害物の大きさや位置等を検出する画像センサで構成さ
れる。また信号変換装置１２は、障害物の位置・速度・
進行方向検出装置１１から送られた障害物に関する信号
をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器で構成され
る。

【００１８】また、自車の速度・旋回角度計測装置１３
は、例えば、平面上を移動する移動体に搭載した速度計
等の計測器で構成される。信号変換装置１４は、それら
の計測器に組み込まれるか或いは外付けのＡ／Ｄ変換器
で構成される。

【００１９】多次元メンバシップ関数記憶部１５は、後
述のように移動体の速度及び進行方向に応じて変化する
変数を含み且つ障害物の進行しようとする領域に対して
設定される多次元メンバシップ関数を記憶するメモリで
構成される。ＣＰＵ１７及び衝突危険度出力装置１８
は、後述の衝突危険度判定動作を実行するプログラムで
制御される。

【００２０】衝突危険度記憶部３１によって記憶された
値は衝突危険度が基準値を越える対象物計数部３８に供
給されて、そこでは現時点での衝突危険度が所定値以上
のもの、例えば０．６以上のものの数を計数するように
なっている。また、自車・障害物間距離が基準値を越え
る対象物計数部３９は自車と障害物間距離が基準値以上
である障害物の数を計数するようになっており、回避ア
ルゴリムの変更アルゴリズム記憶部４０は障害物の数お
よび値によってどのような回避を行ったら良いかという
アルゴリズムが各種記憶されている。

【００２１】回避動作のための制御装置３は、移動体の
到達目標とする位置を検出する目標到達点位置検出装置
３２と、その検出信号を演算処理のための信号に変換す
る信号変換装置３３を備えている。

【００２２】また、後述のように障害物を回避するため
のパラメータ（移動速度及び進行方向を示す角度）を算
出するアルゴリズムを格納した回避のための進行方向・
速度算出アルゴリズム記憶部３４、衝突危険度記憶部３
１から送られる現時刻より前の衝突危険度および衝突危
険度判定装置１の衝突危険度出力装置１８から送られる
現時点の衝突危険度および目標到達点位置検出装置３２
で検出される目標位置に基づき、回避のための進行方向
・速度算出アルゴリズム記憶部３４に格納されたアルゴ
リズムに従って障害物を回避するためのパラメータを算
出するＣＰＵ３５と、このＣＰＵ３５で算出されたパラ
メータから障害物を回避する動作を実現する制御指令を
出力する進行方向および速度についての制御指令出力装
置３６備えている。

【００２３】ＣＰＵ３７は、衝突危険度が基準値を越え
る対象物計数部３８で計数した衝突危険度が基準値を越
える対象物数および自車・障害物間距離が基準値を越え
る対象物計数部３９で計数した自車、障害物間距離が基
準値以下の対象物数を基に回避アルゴリズムの変更アル
ゴリズム記憶部４０に記憶されているアルゴリズムによ
って回避アルゴリズムの変更アルゴリズム記憶部３８の
アルゴリズムを修正するようになっている。

【００２４】状況予測装置２は後述のように、現時点よ
り後の時刻における衝突危険度（予測値）を算出するア
ルゴリズムを格納した状況予測アルゴリズム記憶部２１
と、衝突危険度判定装置１から送られる障害物及び移動
体に関する情報（位置等の検出値及び計測値）に基づ
き、状況予測アルゴリズム記憶部２１に格納されたアル
ゴリズムに従って衝突危険度の予測値を算出するＣＰＵ
２２とを備える。その予測値は、衝突危険度判定装置１
のＣＰＵ１７に送られる。

【００２５】なお、図１の障害物回避装置を構成する３
つの手段の各々に含まれるＣＰＵ１７、２２、３５、３
７は、ハードウェアとしては１つのＣＰＵで構成され、
そのＣＰＵに各演算動作を実行するプログラムが組み込
まれる。このように構成された装置は、ＣＰＵ３７によ
って障害物を回避するようにアルゴリズムが決められ、
その決められたアルゴリズムと、目標到達点位置検出装
置３２で検出される目標位置信号とに従ってＣＰＵ３５
で所定の演算が行われ、その結果が進行方向および速度
についての制御指令出力装置３６を介して障害物を避け
る制御が行われる。

【００２６】この構成により、例えば衝突危険度が０．
６以上の障害物が２台以上あればゴールを無視するアル
ゴリズムによる動作が実行されることになる。図２は他
の実施例を示すブロック図であり、図１のものから自車
・障害物間距離が基準値を越える対象物計数部３９が省
略されており、この場合は複数の移動障害物に対する衝
突危険度に基づいて状況識別アルゴリズム記憶部４０の
アルゴリズムにより状況予測装置２が特定の状況を識別
し、その識別結果に従って制御装置３で障害物回避のた
めのアルゴリズムを使い分ける回避制御を行う。すなわ
ち、移動障害物に対する衝突危険度に基づいて障害回避
のための制御戦略の使い分けが行われる。

【００２７】図３は図１の装置の動作を示す例であり、
例えば衝突危険度が０．６以上の障害物が２台以上ある
ので、記憶部４０のアルゴリズムにより特定の状況を識
別し、その識別結果に従って制御装置３で障害物回避の
ためのアルゴリズムを使い分ける回避制御を行ってお
り、衝突が回避されている。

【００２８】『回避動作の方法およびその結果の検討』
以上が本願の説明であるが、その説明中では煩雑になる
のをさけるため、理解に必要な部分のみを記載し、詳細
な理論は省略した。しかし、細かな部分については更に
詳細に説明した方がよい部分もあるので、必要な場合は
参照できるように以下に説明する。

【００２９】先ず、衝突危険度判定手段１において衝突
危険度を求める原理と方法を説明する。まず移動体が進
入しようとする領域に対応する多次元メンバシップ関数
を設定する。これは、以下のような多次元メンバシップ
関数の形状を決定するパラメータを、状況によって異な
る値に多様に変化させることにより、動的な多次元メン
バシップ関数として得られる。例えば、ｘ−ｙ直交座標
及び適合度から成る３次元空間内に、図４に示すような
放物線の等適合度線を与える３次元メンバシップ関数を
考える。

【００３０】図中の記号は、以下のように定義される。
なお、簡単のため、原点を基準点（３次元メンバシップ
関数を最も簡単に記述するための中心点）とする。 Ｆ（ｘ，ｙ，ｒ_x，ｒ_y）＝０：等適合度線の放物線形状
を与える関数 ｔ_x＝ｆ（ｘ）：ｘ−ｔ_x面におけるつり鐘型メンバシッ
プ関数 ｔ_y＝ｇ（ｙ）：ｙ−ｔ_y面におけるつり鐘型メンバシッ
プ関数 Ｒ_x： 適合度１の放物線形の等適合度線のｘ軸方向の半
径 Ｒ_y： 適合度１の放物線形の等適合度線のｙ軸方向の半
径 ａ_x： ｘについてのファジィ・エントロピーに比例する
パラメータ ａ_y： ｙについてのファジィ・エントロピーに比例する
パラメータ ｒ_x： 任意の点（ｘ，ｙ）を含む等適合度線と適合度１
の等適合度線との、ｘ−ｔ_x 断面上での距離 ｒ_y： 任意の点（ｘ，ｙ）を含む等適合度線と適合度１
の等適合度線との、ｙ−ｔ_y 断面上での距離 ｔ：３次元メンバシップ関数によって与えられる点
（ｘ，ｙ）の適合度 説明の便宜上、適合度ｔをｔ_x、ｔ_yに分けて記述する
が、ｔ、ｔ_x、ｔ_yは事実上同一の座標軸である。

【００３１】このとき、任意の点（ｘ，ｙ）を含む等適
合度線は次のようになる。

【００３２】

【数１】

【００３３】また、ｔ_x，ｔ_yについてのメンバシップ関
数は、それぞれ次の（３）、（４）式のようになる。こ
こで、複合の−はｘが正側の部分、＋はｘが負側の部分
を表わす。

【００３４】

【数２】

【００３５】

【数３】

【００３６】ｘ−ｔ_x断面上およびｙ−ｔ_y断面上では、
着目する等適合度線と基準点との距離は、それぞれＲ_x
＋ｒ_x，Ｒ_y＋ｒ_yになるので、

【００３７】

【数４】

【００３８】

【数５】

【００３９】

【数６】

【００４０】

【数７】 従って、これらより次のようになる。

【００４１】

【数８】

【００４２】

【数９】

【００４３】このとき、第１項と第２項の分母の（）内
が同じ形でないと、ｔについての陽関数には変形できな
い。そこで、次のような演算を行う。

【００４４】

【数１０】

【００４５】を求め、０≦ｓ≦ｓ_k の範囲から適当なｓ
の値を選び、

【００４６】

【数１１】

【００４７】となるｄ_x，ｄ_yを求める。すなわち、

【００４８】

【数１２】

【００４９】

【数１３】

【００５０】を求め、等適合度線の関数を次式のように
変形する。

【００５１】

【数１４】

【００５２】ここで、複合の−はｘが正側の部分、＋は
ｘが負側の部分を表わす。

【００５３】

【数１５】

【００５４】この式の幾何学的な意味を図５に示す。本
来の放物線に対し、直線部分を付加して近似した形状で
あることを表わしている。（１６）式より

【００５５】

【数１６】

【００５６】

【数１７】

【００５７】

【数１８】

【００５８】但し｜ｘ｜＜ｄ_xのときｘ＝ｄ_x，｜ｙ｜＜
ｄ_yのときｙ＝ｄ_yとして計算する。

【００５９】また、図４のように、着目する等適合度線
が適合度１の放物線の外側にある場合、｛｝内は正の値
になる。

【００６０】同様にして、着目する等適合度線が適合度
１の放物線の内側にある場合にも、全く同じ式が得られ
る。但し、この場合、任意の点（ｘ，ｙ）が近似した等
適合度線の直線部分に存在するときは｜ｘ｜＜ｄ_xかつ
｜ｙ｜＜ｄ_yで、｛｝内は正の値になり、放物線部分に
あるときは｛｝内は負の値になる。

【００６１】適合度１の放物線の内側（又は外側）が一
様に適合度１の領域になる場合は、前記の条件によって
判断し、値を与える。

【００６２】一方、前記の３次元放物線メンバシップ関
数を用いる代わりに、従来型のメンバシップ関数を放物
線形の等適合度線で合成することによっても、前記の３
次元放物線メンバシップ関数を用いた場合と同様の効果
が得られる。以下、そのための合成演算について説明す
る。

【００６３】まず、適合度１の放物線の外側において
ｘ，ｙの適合度は

【００６４】

【数１９】

【００６５】

【数２０】

【００６６】

【数２１】

【００６７】

【数２２】

【００６８】同様に、適合度１の放物線の内側について
は

【００６９】

【数２３】

【００７０】

【数２４】

【００７１】従って、これらより次式のような合成演算
式が得られる。

【００７２】（Ａ）先端側（ｙ＜０）の場合

【００７３】

【数２５】

【００７４】（Ｂ）逆側（ｙ＞０）の場合

【００７５】

【数２６】

【００７６】◇は合成演算（例えば、代数積）を示す記
号である。

【００７７】複合の意味は、＋が適合度１の放物線の外
側、−が適合度１の放物線の内側である。

【００７８】但し、｜ｘ｜＜ｄ_xのときｔ_x＝（ｔ_x）
_x=dx，｜ｙ｜＜ｄ_yのときｔ_y＝（ｔ_y）_y=dyとして計算
する。着目する合成位置が適合度１の放物線の外側にあ
る場合、｛｝内は正の値になる。また、着目する合成位
置が適合度１の放物線の内側にある場合、等適合度線の
直線部分で合成されるときは、｜ｘ｜＜ｄ_x かつ｜ｙ｜
＜ｄ_y で、｛｝内は正の値になり、放物線部分で合成さ
れるときは｛｝内は負の値になる。

【００７９】ｙ＞−Ｒ_y，｜ｘ｜＜Ｒ_x（又はｙ＜−
Ｒ_y，｜ｘ｜＞Ｒ_x）においてｔ_x，ｔ_yが一様に適合度１
になる場合は、上記の条件によって判断し、値を与え
る。すなわち、適合度１の範囲においても、上記のメン
バシップ関数が存在するものと仮定して、それぞれの適
合度を求め、合成を行う。

【００８０】上記の合成演算式により、従来型のメンバ
シップ関数を放物線形の等適合度線で合成することがで
き、前述の３次元放物線メンバシップ関数を用いた場合
と同様の効果が得られる。すなわち、この合成演算法に
より、従来型のメンバシップ関数を演算する演算装置を
用いて、従来できなかった放物線形の境界形状を有する
ファジィ集合の設定が可能となる。

【００８１】次に、上記の３次元放物線メンバシップ関
数及び従来型のメンバシップ関数を（ｎ＋１）次元に拡
張した場合について説明する。

【００８２】これは、図６のような楕円的放物面による
等適合度面の形成であり、以下のような（ｎ＋１）次元
放物線メンバシップ関数と（ｎ＋１）次元放物線合成演
算式が得られる。

【００８３】

【数２７】

【００８４】 但し、０≦ｓ≦ｓ_k，ｓ_k＝min（Ｒ_i／ａ_i） ｄ_i＝Ｒ_i−ａ_iｓ ｜ｘ_i｜＜ｄ_iのときｘ_i＝ｄ_iとして計算する。

【００８５】｛｝内が正のとき、入力点外側 ｛｝内が負のとき及び全ての｜ｘ_i｜＜ｄ_iのとき、入力
点内側 （Ａ）先端側（ｘ_n＜０）の場合

【００８６】

【数２８】

【００８７】（Ｂ）逆側（ｘ_n＞０）の場合

【００８８】

【数２９】

【００８９】複合の意味は、＋が適合度１の放物面の外
側、−が適合度１の放物面の内側である。

【００９０】 但し、０＜ｓ＜ｓ_k，ｓ_k＝min（Ｒ_i／ａ_i） ｄ_i＝Ｒ_i−ａ_iｓ ｜ｘ_i｜＜ｄ_iのときｔ_i＝（ｔ_i）_xi=diとして計算す
る。

【００９１】｛｝内が正のとき合成位置外側 ｛｝内が負のとき及び全ての｜ｘ_i｜＜ｄ_iのとき、合成
位置内側

【００９２】ここで３次元のものについては次のように
なる。

【数３０】

【００９３】更に、放物線の中心の位置が（Ａ，Ｂ）、
軸の角度がφのときは、３次元メンバシップ関数の移動
により次式が得られる。

【００９４】

【数３１】

【００９５】但し、 Ｘ＝ （ｘ−Ａ）cosφ＋（ｙ−Ｂ）sinφ Ｙ＝−（ｘ−Ａ）sinφ＋（ｙ−Ｂ）cosφ ψ’＝ψ−φ 最も単純な形状として、Ｒ_x＝Ｒ_y＝０，ｓ＝０，φ＝０
の場合について求めると、

【００９６】

【数３２】

【００９７】この式で表わされるつり鐘型メンバシップ
関数の形状を図７に示す。

【００９８】また、合成演算式は

【００９９】

【数３３】

【０１００】複合は、ｙが正側のとき−を選び、ｙが負
側（先端側）のとき＋を選ぶ。

【０１０１】同様に（ｎ＋１）次元において最も単純な
形状を求めると以下のようになる。

【０１０２】

【数３４】

【０１０３】

【数３５】

【０１０４】複合は、ｘ_nが正側のとき−を選び、ｘ_nが
負側（先端側）のとき＋を選ぶ。ここで、移動体の例と
して、図８に示すように平面上を自動走行する搬送車等
の走行車４０を考える。これは、例えば方向転換用の１
個の前輪４１と駆動用の２個の後輪４２，４３とを備え
た三輪車型の移動体として構成される。この走行車４０
が走行する平面をｘ−ｙ座標面で表わし、その原点を走
行車４０の前輪４１の位置に置き、走行車４０の前進す
る方向をｙ軸とする。

【０１０５】この場合、走行車４０が進入しようとする
領域（２次元平面）内にある障害物との衝突の危険度
は、上記のつり鐘型の放物線メンバシップ関数（図７）
で規定される適合度で表わすことができる。すなわち、
（３４）式より、衝突危険度ｄは次のように表わされ
る。

【０１０６】

【数３６】

【０１０７】上式で Ｘ＝＋｛ｘ−ｆ(v)sinθ｝cosθ＋｛ｙ−ｆ(v)cosθ｝s
inθ Ｙ＝−｛ｘ−ｆ(v)sinθ｝cosθ＋｛ｙ−ｆ(v)cosθ｝c
osθ

【０１０８】ｄ：衝突危険度（適合度） ｆ(v) ：最危険距離（危険度が１になる距離） ｆ(v)＝Ａｖ ：走行車の速度ｖに比例して危険領域を広
くする要素 ｆ(v)＝Ａｖ² ：走行車の速度ｖの２乗に比例して危険
領域を広くする要素 Ａ：比例定数（例えば自動搬送車が乗せる荷物の種類に
応じて調整する場合などに使用するパラメータ） θ：旋回角度（前輪の舵角）［右旋回を正とする］ ａ_x，ａ_y：危険領域の大きさを調整するパラメータ

【０１０９】上記の式（３８）により、走行車４０の進
行しようとする領域における衝突危険度ｄを求めると、
図９及び図１０のようになる。これらの図では、上記の
ような３次元放物線メンバシップ関数を用いることによ
り、衝突危険度が同一の線（等適合度線）は放物線で表
わされる。また、図示の領域内に移動する障害物５０が
ある場合、その障害物５０に対する衝突危険度は、その
障害物５０と交わる等適合度線の値が（図９の場合ｄ＝
０．２、図１０の場合ｄ＝０．４）で表わされる。

【０１１０】次に、上記の移動障害物５０に対する衝突
危険度は、所定のサンプリング時間ｄｔ毎に検出される
ものとし、ある時点（現在時刻）をｔ＝ｔ₀、 １回前の
サンプリング時刻をｔ＝ｔ_-1とすると、図９はｔ＝ｔ_-1
における衝突危険度ｄ_-1を表わし、図１０はｔ＝ｔ₀に
おける衝突危険度ｄ₀を表わす。各サンプリング時刻で
求められた衝突危険度は、図１の衝突危険度記憶部３１
に格納される。

【０１１１】更に、現在時刻ｔ₀から１回後のサンプリ
ング時刻をｔ₁とすると、図１１及び図１２はｔ₁＝ｔ₀
＋ｄｔにおける衝突危険度（予測値）ｄ₁ を表わす。以
下、この予測値ｄ₁ を求める方法を説明する。

【０１１２】上記の移動障害物５０は、限られた範囲内
でランダムに進行方向及び速度を変えるが、ここでは一
応、現時点ｔ＝ｔ₀における進行方向に同時点ｔ＝ｔ₀の
速度で等速直線運動をするものと仮定して、ｔ₁＝ｔ₀＋
ｄｔにおける移動障害物５０の位置を求める。次に、そ
の位置を中心として、ｔ₀からｔ₁の間の移動距離に比例
した大きさの楕円形ファジィ領域を求める。この楕円形
ファジィ領域の意味は「ｔ＝ｔ₁＝ｔ₀＋ｄｔにおいて移
動障害物５０はこのあたりに来るだろう」という、あい
まいな領域を表わすものである。このとき、楕円形ファ
ジィ領域は、次式の３次元メンバシップ関数で与えられ
る。

【０１１３】

【数３７】

【０１１４】上式で Ｘ＝＋（ｘ−ｘ_p）cosψ＋（ｙ−ｙ_p）sinψ Ｙ＝−（ｘ−ｘ_p）sinψ＋（ｙ−ｙ_p）cosψ

【０１１５】ｐ：「このあたりに来るだろう」というフ
ァジィラベルのメンバシップ関数に対する適合度 ｘ_p：移動障害物が等速直線運動をすると仮定した場合
のｔ＝ｔ₀＋ｄｔにおける位置のｘ座標 ｙ_p：移動障害物が等速直線運動をすると仮定した場合
のｔ＝ｔ₀＋ｄｔにおける位置のｙ座標

【０１１６】ａ_px，ａ_py： 楕円領域の大きさを決める
パラメータ ｖ_p：ｔ＝ｔ₀ における移動障害物の速度 ψ：ｔ＝ｔ₀における移動障害物の進行方向（ｘ側に対
する角度）

【０１１７】この場合、ｔ＝ｔ₀からｔ＝ｔ₀＋ｄｔの間
に自分（走行車４０）も等速直線運動をすると仮定して
いる。この自分の等速直線運動については、ｔ＝ｔ₀ に
おける速度と、ｔ＝ｔ₀ における進行方向を目標到達点
に向かう方向にある特定量だけ修正した方向（角度）と
を用いる。

【０１１８】そして、前述のように危険領域を表わす３
次元放物線メンバシップ関数と、移動障害物の位置を与
える３次元楕円メンバシップ関数との重なり合う部分で
適合度が最大になる時、その最大適合度を衝突危険度の
予測値ｄ₁ とする。

【０１１９】次に、上記の３つの衝突危険度、すなわち
ｔ＝ｔ_-1における衝突危険度ｄ_-1とｔ＝ｔ₀ における衝
突危険度ｄ₀ とｔ＝ｔ₀ ＋ｄｔにおける衝突危険度（予
測値）ｄ₁ とから、総合評価値Ｄを次式によって求め
る。

【０１２０】

【数３８】

【０１２１】上式の第２項と第３項は、ｄ_-1，ｄ₀，ｄ₁
がそれぞれ１に近い値になる場合のみ意味のある大きな
値となるが、危険領域を放物線メンバシップ関数によっ
て表わしているので、結果的に、障害物が自分の真正面
に近い位置に存在し続ける場合には、第２項と第３項が
無視できない値になる。

【０１２２】次に、衝突回避のための制御指令を求める
手順について説明する。その回避の方法は、次の２通り
ある。

【０１２３】１つは、図１１に示すように、ｔ＝ｔ₀＋
ｄｔにおいて衝突危険度の予測値ｄ₁を与える点（移動
障害物の位置）Ｐが自分（走行車４０）の前を通過しな
い場合であり、もう１つは、図１２に示すように点Ｐが
通過する場合である。前者（図１１）の例では、自分は
左に向きを変えると共に速度を上げることによって障害
物の前を通過してしまう方法を取り、後者（図１２）の
例では、自分は右に向きを変えると共に速度を下げるこ
とによって障害物の後に回り込むという方法を取る。

【０１２４】なお、図９及び図１０の例は、移動体が進
入しようとする領域に放物線形のメンバシップ関数を適
用した場合であるが、これに限らず、他の形状の等適合
度線を持つメンバシップ関数を用いてもよい。その例と
して、楕円メンバシップ関数を用いた場合は、次のよう
になる。

【０１２５】この場合、楕円メンバシップ関数を求める
手法は、基本的に上記の放物線の場合と同様であるの
で、途中の説明は省略して結果を示す。

【０１２６】前述のように、走行車４０が走行する平面
をｘ−ｙ座標面で表わし、その原点を走行車の前輪４１
の位置に置き、走行車４０の前進する方向をｙ軸とした
場合において、走行車４０が進入しようとする領域（２
次元平面）内における衝突危険度は、図１３及び図１４
に示すような三角形型の楕円メンバシップ関数で規定さ
れる適合度で表わすことができる。すなわち、衝突危険
度ｄは次のように表わされる。

【０１２７】

【数３９】

【０１２８】Ｘ＝＋ｘ cosθ＋ｙ sinθ Ｙ＝−ｘ sinθ＋ｙ cosθ 上記の式（４１）により、危険領域における衝突危険度
を楕円形状の等適合度線で表わすことができる。

【０１２９】また、図１５に示すように、自分（走行車
４０）の前方の危険領域における危険度は放物線メンバ
シップ関数で評価する一方、自分の後方については、楕
円メンバシップ関数で評価することができる。

【０１３０】次に、移動障害物が複数（ｎ）個ある場合
について説明する。

【０１３１】ｉ番目（ｉ＝１，２，・・・・，ｎ）の移
動障害物を対象とした場合、自分（走行車４０）との衝
突を回避するための修正舵角（前輪の舵角θの修正）θ
_iNは次式で与えられる。

【０１３２】

【数４０】

【０１３３】上式で θ_A ＝Ｒ_CT・Ｄ_i（Ｒ_CTは比例定数） θ_A ：回避角度 θ₀ ：目標位置の方向角

【０１３４】ｄ_i1：ｉ番目の移動障害物に対する時刻ｔ
₁＝ｔ₀＋ｄｔにおける衝突危険度（予測値） Ｄ_i： ｉ番目の移動障害物に対する衝突危険度の総合評
価値 複合±のうち、＋は右に回避する場合、−は左に回避す
る場合である。

【０１３５】ｎ個の移動障害物を対象としている場合
は、自分が右に回避しなければならない移動障害物のう
ち総合評価値Ｄが最大になるもの（ｉ番目の移動障害物
とする）に対する修正舵角θ_jNと、自分が左に回避しな
ければならない移動障害物のうち総合評価値Ｄが最大に
なるもの（ｋ番目の移動障害物とする）に対する修正舵
角θ_kNとの、Ｄについての重み平均を取るようにする。

【０１３６】すなわち、ｎ個の移動障害物に対する回避
のための修正舵角θ_N は、次式で求められる。

【０１３７】

【数４１】

【０１３８】速度の修正についても、同様に総合評価値
Ｄに比例して減速、加速を行う。ｎ個の障害物を対象と
する場合は、総合評価値Ｄで重み平均を取ればよい。実
際には、速度はある一定の速度から余り変化しないよう
にし、回避は主に上記の舵角調整によって実現すること
ができる。

【０１３９】また状況によって（４０）式のアルゴリズ
ムが次のように変更される。

【数４２】

【０１４０】図１６〜図１９は、ｎ＝３の場合、すなわ
ち、目標位置αに向かう走行車４０の進行する領域に３
個の移動障害物Ａ、Ｂ、Ｃがある場合、それらの障害物
に対する回避動作の時間的変化を示す。これらの図にお
いて、順次並んだ小円は、サンプリング時毎の走行車４
０及び３個の移動障害物Ａ、Ｂ、Ｃの位置を示す。ま
た、黒丸は同時刻における位置を示す。また、図２１及
び図２２はそれぞれ、移動障害物が１個（Ａ’で示す）
の場合の回避動作の例を示す。

【０１４１】これらのシミュレーション例から、上記の
回避方法によれば、走行車４０は、１又は複数個の移動
障害物Ａ、Ｂ、Ｃをうまく回避しながら目標位置１０１
に到達することができることが実証された。

【０１４２】以上、図示の実施例について説明したが、
本発明はこれに限らない。例えば、メンバシップ関数
は、実施例のように移動体の進行する領域が２次元平面
の場合は３次元であるが、飛行物のように３次元を移動
する場合には、４次元メンバシップ関数が用いられる。
更に、必要に応じて任意の次元、形状のメンバシップ関
数が用いられる。また、障害物は静止物と移動体のいず
れであってもよい。

【０１４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は状況を識別
し、回避戦略を使い分けるようにしたので不適切な回避
戦略により衝突する不都合が発生しないという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】本発明の効果を説明するための図である。

【図４】３次元放物線メンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図５】図４の３次元メンバーシップ関数に直線部分を
付加した形状となる場合の図である。

【図６】多次元メンバーシップ関数の等適合度面を形成
する楕円放物面を示すための図である。

【図７】釣り鐘形３次元放物線メンバーシップ関数の形
状を示す図である。

【図８】移動体の座標平面上の位置関係を示す図であ
る。

【図９】移動体の進行する領域で１回前のサンプリング
時における衝突危険度を表した図である。

【図１０】移動体の進行する領域で現時点における衝突
危険度を表した図である。

【図１１】移動体の進行する領域で１回後のサンプリン
グ時における衝突危険度を表した図である。

【図１２】障害物が通過する場合の衝突危険度の予測値
を表した図である。

【図１３】３次元メンバーシップ関数の例を示す図であ
る。

【図１４】三角形の３次元メンバーシップ関数の例を示
す図である。

【図１５】移動体の後方の領域で楕円メンバーシップ関
数を用いて衝突危険度を表した図である。

【図１６】３個の移動障害物に対する回避動作の例を示
す図である。

【図１７】図１６の回避動作の続きを示す図である。

【図１８】図１６の回避動作の続きを示す図である。

【図１９】図１６の回避動作の続きを示す図である。

【図２０】１個の障害移動物に対する回避動作の例を示
す図である。

【図２１】１個の障害移動物に対する回避動作の他の例
を示す図

【図２２】従来装置の動作をの例を示す図である。

【符号の説明】

１ 衝突危険度判定装置 ２ 状況予測装置 ３ 制御装置 １１ 障害物の位置・速度・進行方向検出装置 １２、１４、３３ 信号変換装置 １３ 自車の速度・旋回角度計測装置 １５ 多次元メンバーシップ関数記憶部 １６ メンバーシップ関数自動変換装置 １７、２２、３５ ＣＰＵ １８ 衝突危険度出力装置 ２１ 状況予測アルゴリズム記憶部 ３１ 衝突危険度記憶部 ３２ 目標到達点位置検出装置 ３４ 回避のための進行方向・速度算出アルゴリズム記
憶部 ３６ 進行方向および速度につ制御指令出力装置 ３８ 衝突危険度が基準値を越える対象物計数部 ３９ 自車・障害物間距離が基準値を越える対象物計数
部 ４０ 回避アルゴリズムの変更アルゴリズム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標物に向かって進行中の車両に対して
   危険を与える障害物の危険度を所定の予測時間毎に検出
   しその危険度に応じて危険を回避しながら目標地点に進
   行する障害物回避装置において、 複数の移動障害物に対する衝突危険度に基づいて特定の
   状況を識別する状況予測装置と、 障害物回避のためのアルゴリズムを使い分ける回避制御
   装置とを備えたことを特徴とする障害物回避装置。
2. 【請求項２】 目標物に向かって進行中の車両に対して
   危険を与える障害物の危険度を所定の予測時間毎に検出
   しその危険度に応じて危険を回避しながら目標地点に進
   行する障害物回避装置において、 衝突危険度が第１の基準値を越えた対象障害物が２つ以
   上存在する場合を識別する第１の計数部と、 対象物との距離が第２の基準値を越えた対象物が２つ以
   上存在する場合を識別する第２の計数部と、 前記第２の係数部で衝突危険度が第１の基準を越えた障
   害物が２つ以上ありかつ第２の計数部で対象物との距離
   が第２の基準値を越えた対象物が２つ以上あるとき異常
   状態であると断定する断定手段と、 前記異常状態と断定したとき目標地点に進行する制御を
   無効にして障害物の回避に徹するようにアルゴリズムを
   変更する制御部とを備えたことを特徴とする障害物回避
   装置。