JPH06168026A - 予測時間自動変更形障害物回避制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メモリの少なさを維持しながら、衝突を回避
できるようにする。 【構成】 衝突危険度判定装置１から出力される衝突危
険度がある値になるまでは従来通り固定の予測時間幅に
よって衝突回避を行うが、衝突危険度がある値以上にな
り危険な状態になると、予測時間幅変更装置４によって
その危険度に応じて予測時間幅を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動ロボットや自動搬
送車などが、人間の判断によらず自ら障害物回避のため
の進路を判断して障害物との衝突を回避する予測時間自
動変更形障害物回避制御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
手法として、本願出願人が特願平３−１３９２７７号に
おいて提案している、多次元メンバシップ関数を使用す
る方法がある。

【０００３】これは、多次元放物線メンバシップ関数に
より、衝突危険度および所定の予測時間後の衝突危険度
予測値を求め、それに基づく単純な数式処理による回避
行動の決定を主要なアルゴリズムとしたものであり、回
避制御アルゴリズムの簡素さ、理解し易さ、必要とする
メモリの少なさを特徴としながら、回避特性は複雑なア
ルゴリズムに匹敵するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の装置は、移動障害物の衝突危険度に無関係にサ
ンプリング時間の４〜５倍で固定された予測時間幅によ
って衝突危険度予測値を算出しているので、後方から急
角度で回り込んできた障害物については、固定された予
測時刻において後方に存在することになるため、実際に
は衝突の危険度が高いのに安全めに判定されてしまい、
図４に示すように衝突を回避できない場合が発生する。
図４において記号Ａは固定された予測時間幅により、移
動物体（自分）と移動物体がすれ違った後の状況に対す
る危険度を予測している部分を示している。

【０００５】このような衝突の危険を防止するには、一
般に提案されている障害物回避制御アルゴリズムのよう
に、固定された予測時間幅の欠点を補うための状況判断
についてファジィ推論を適用すれば良いが、そのような
方法を取るとアルゴリズムの簡素さ、感覚的な理解しや
すさ、必要とするメモリの少なさを特徴とする従来手法
のメリットが損なわれてしまうという課題を有してい
た。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、メモリの少なさを維持しながら、衝突を回避で
きるようにするものである。

【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、衝突危険度予測値を算出するた
めの予測時間幅を衝突危険度に対応して自動的に変更す
る第１の予測時間幅変更装置を備えたものである。

【０００８】第２の発明は第１の発明において、１つま
たは複数の移動障害物に対して回避を行う場合に衝突危
険度が特定の基準値を越えた対象障害物に対してのみ、
予測時間幅を一定の規則で自動的に短縮する第２の予測
時間幅変更装置を備えたものである。

【０００９】

【作用】衝突危険度がある値になるまでは従来通り固定
の予測時間幅によって衝突危険度予測値を算出し、衝突
回避を行うが、衝突危険度がある値以上になり危険な状
態になると、その危険度に応じて予測時間幅を変更す
る。

【００１０】

【実施例】衝突危険度の判定を行う装置はその判定は例
えば、次のような３次元放物線メンバシップ関数を使用
して行っている。

【００１１】

【数１】

【００１２】

【数２】

【００１３】

【数３】

【００１４】ここで各諸元は次の通りである。 ｄ ・・・・衝突危険度 ｆ（ｖ）・・・・最危険距離（危険度が１になる距離） ｆ（ｖ）＝Ａｖ：速度に比例して危険領域を広くするも
の ｆ（ｖ）＝Ａｖ² ：速度の２乗に比例して危険領域を広
くするもの θ ・・・・右方向を正とする旋回角度（前輪の舵
角） ａ_x，ａ_y・・・・危険領域の大きさを調整するパラメー
タ Ａ ・・・・f(v)=A_v,f(v)=A_v ²の比例定数、速度に
応じた危険領域の大きさを調整するパラメータ

【００１５】移動障害物がｎ個ある場合、現在の時刻を
ｔ＝ｔ₀ 、１回前のサンプリング時刻をｔ＝ｔ_-1とした
ときのｉ番目の移動障害物について以下の３つの危険度
を求める。

【００１６】（１）ｄ_i0： １回前のサンプリング時刻
ｔ＝ｔ_-1における衝突危険度であって、図５に示すも
の。 （２）ｄ_i1： 現在の時刻ｔ＝ｔ₀ における衝突危険度
であって、図６に示すもの。 （３）ｄ_i2： ある特定時間ｄ_t後の時刻ｔ＝ｔ₀＋ｄｔ
における衝突危険度予測値であり、図７，図８に示すも
の

【００１７】ここで、衝突危険度予測値ｄ_i2の求め方に
ついて説明すると、移動障害物は限られた範囲内でラン
ダムに進行方向および速度を変えるが、とりあえずｔ＝
ｔ₀における進行方向にｔ＝ｔ₀ における速度で等速直
線運動をするものと仮定してｔ＝ｔ₀＋ｄｔ における位
置を求める。

【００１８】次にその位置を中心としてｔ＝ｔ₀からｔ
＝ｔ₀＋ｄｔ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＝ｔ₀＋ｄｔ において、移動障害物はこのあた
りにくるだろう」という曖昧な領域を表すことになる。

【００１９】このとき、楕円形ファジィ領域は次式の３
次元楕円メンバシップ関数によって与えられる。

【００２０】

【数４】

【００２１】

【数５】

【００２２】

【数６】

【００２３】ここで各諸元は次の通りである。 ｐ ・・・・このあたりにく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 における位置のｘ座標 ｙ_p ・・・・移動障害物物体が等速直線運動をすると
仮定した場合におけるｔ＝ｔ₀における位置のｙ座標 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軸との角度

【００２４】ただし、ｔ＝ｔ₀からｔ＝ｔ₀＋ｄｔの間に
自分も等速直線運動をするものと仮定している。この自
分の等速直線運動についてはｔ＝ｔ₀ における速さと進
行方向については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を用い
る。そして、危険領域を表す３次元放物線メンバシップ
関数と、移動物体の位置を与える３次元楕円メンバシッ
プ関数の重なり合う部分で適合度が最大となるとき、こ
の適合度を衝突危険度予測値ｄ_i2とする。

【００２５】次にこれら３つの危険度から総合評価値を
次式で求める。

【００２６】

【数７】

【００２７】この第２項、第３項はｄ_i0、ｄ_i1、ｄ_i2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第２項、第３項は無視できな
い値になる。

【００２８】次に回避のための制御指令を求めるわけで
あるが、ここで回避方法は２通りに分かれる。一つは図
７のようにｔ＝ｔ₀＋ｄｔ においてｄ_i2を与える点（移
動障害物の位置）が自分の前を通過しない場合であり、
もう一つは図８のように通過する場合である。

【００２９】このとき図７の例では自分は左に方向を変
え、かつ速度を上げて障害物の前を自分が通過してしま
うという方法をとり、図８の例では自分は右に方向を変
え、かつ速度を下げて障害物の後ろに自分が回り込むと
いう方法を取る。なお、自分の後方は図９のように、３
次元楕円メンバシップ関数で評価する。

【００３０】図１０に示すように、自分の現在の前輪の
舵角をθ、目標位置の方向をθ₀、回避角度をθ_A とす
る。これらの角度はｙ軸とのなす角度とし、右回りを正
とする。ｉ番目の移動障害物を対象とした場合の、回避
のための修正舵角θ_iNは次のようになる。

【００３１】

【数８】 ここで、複合＋は右に回避する場合、−は左に回避する
場合である。

【００３２】ｎ個の移動物体を対象としている場合は、
右に回避しなければならないものの中の総合評価値Ｄが
最大になるものθ_jNと、左に回避しなければならないも
のの中の総合評価値Ｄが最大になるものθ_kNの評価値Ｄ
についての重み平均値を取るようにする。

【００３３】すなわち、次のような回避のための修正舵
角θ_Nが求まる。

【数９】

【００３４】速度についても同様に総合評価値Ｄに比例
して減速・加速を行い、ｎ個の移動物体を対象としてい
る場合は総合評価値Ｄで重み付け平均を取れば良い。こ
の実施例では速度はある一定の値から余り離れないよう
にしており、回避は主に舵角の調整に頼っている。

【００３５】このようなアルゴリズムの中で、ｄ_i1（現
在の時刻ｔ＝ｔ₀ における衝突危険度）がある特定の基
準値、例えば０．８よりも大きい対象障害物に対する衝
突危険度予測値算出のための予測時間幅ｄｔを次式のよ
うに変更する。

【数１０】

【００３６】これは、前述の特定の状況においてのみ、
通常の場合よりも近い将来の衝突危険度予測値を算出
し、あたかも緊急事態において迅速に対応しているかの
ように動作するものである。実際の回避例を図３に示す

【００３７】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、衝突危険度予測値を算出
するための予測時間幅を衝突危険度に対応して自動的に
変更する予測時間幅変更装置４とで構成される。なお、
図１の例において、予測時間幅変更装置４は予測時間幅
変更アルゴリズム記憶部４１によって構成されている。

【００３８】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装置１２とを備えて
いる。

【００３９】また、移動体に関する情報を得るための手
段として、その移動体の位置、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。

【００４０】更に、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シップ関数自動変換
装置１６を備えている。

【００４１】そのほかに、信号変換装置１２の出力、多
次元メンバシップ関数記憶部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１
８を備えている。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】多次元メンバシップ関数記憶部１５は、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、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。

【００４５】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。

【００４６】また、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３１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ＣＰ
Ｕ３５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。

【００４７】状況予測装置２は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ＣＰＵ２２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。

【００４８】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はハ
ードウェアとしては１つのＣＰＵで構成され、そのＣＰ
Ｕに各演算動作を実行するプログラムが組み込まれる。

【００４９】このように構成された装置は、衝突危険度
判定装置１および予測時間幅変更装置４からＣＰＵ２２
に供給される情報によって予測時間幅を変更しながら障
害物を回避するようにアルゴリズムが決められる。そし
て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ＣＰＵ３
５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。

【００５０】図２は他の実施例を示すブロック図であ
り、図１のものにおいて予測時間幅変更装置４が予測時
間幅短縮アルゴリズム記憶部４２と、衝突危険度基準値
比較部４３から構成されている。

【００５１】そして、衝突危険度が特定の基準値を越え
た対象障害物に対してのみ予測時間幅を一定の規則、す
なわち（１０）式に従って自動的に短縮して通常の予測
値よりも近い将来の衝突危険度予測値を算出している。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、移動障害
物に対する衝突危険度に対応して衝突危険度予測値を算
出するための予測時間幅を自動的に変更するようにした
ので、従来のファジィ障害物回避制御装置の特徴である
アルゴリズムの簡素さ，感覚的な理解しやすさ，必要と
するメモリの少なさを損なうことなく、移動障害物に対
する状況に対応して、衝突危険度予測値を算出するため
の予測時間幅を有効に自動変更できる。したがって、従
来のファジィ障害物回避制御装置と同レベルの生産コス
トで、より信頼性の高い障害物回避制御装置を実現でき
る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】本発明を適用した装置の動作状態を示す図であ
る。

【図４】従来の課題を説明するための図である。

【図５】従来装置の動作を説明するための図である。

【図６】従来装置の動作を説明するための図である。

【図７】従来装置の動作を説明するための図である。

【図８】従来装置の動作を説明するための図である。

【図９】従来装置の動作を説明するための図である。

【図１０】従来装置の動作を説明するための図である。

【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 多次元メンバシップ関数記憶部 １６ メンバ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】 目標地点に向かう移動物体の進路上にあ
   る移動障害物との相対位置を所定のサンプリング時間毎
   に検出して衝突危険度および所定の予測時間後の衝突危
   険度予測値を算出し、その衝突危険度予測値に応じて移
   動障害物との衝突を避ける障害物回避制御装置におい
   て、 前記衝突危険度予測値を算出するための予測時間幅を前
   記衝突危険度に対応して自動的に変更する第１の予測時
   間幅変更装置を備えたことを特徴とする予測時間自動変
   更形障害物回避制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、衝突危険度が特定の
   基準値を越えた対象障害物に対してのみ予測時間幅を一
   定の規則で自動的に短縮して通常の予測値よりも近い将
   来の衝突危険度予測値を算出する第２の予測時間幅変更
   装置とを備えたことを特徴とする予測時間自動変更形障
   害物回避制御装置。