JPS6267610A - 移動機械制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は移動機械制御装置に係り、特に無軌道式移動機
械が未知の障害物を回避するのに好適な制御装置に関す
る。

〔発明の背景〕

これまでに実用化されている移動機械は、人が操縦する
ものか、固定された軌道上を動くものである。近年無人
搬送車等の使用還境や用途が多様化するに従い、目標地
点を自由に指示したい、経路上に物を置きたい、経路を
変更したい等の要求が高まりつつあることから、地図を
与え、目標地点を指示するだけで自動的に経路を判断し
て移動できる無軌道式移動機械の開発が望まれている。

このような移動機械の制御で問題となるのは、地図に与
えていない障害物（以下未知障害物と呼ぶ）の出現であ
る。これを発見し回避するための方法について、既に幾
つかの研究が進められている。

これらの方法は「プロシーディング　オブ　アイジエー
シーエーアイ　８１」、（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ
ＩＪＣＡＩ　８１）におけるＭｏｒａｖｅｃの「ローパ
ー　ビジュアル　オブスタクル　アボイダンスＪ　　（
ＲｏｖｅｒＶｉｓｕａｌ　０ｂｓｔａｃｌｅ　Ａｖｏｉ
ｄａｎｃｅ）と題する論文にあるように、未知障害物表
面上の点の位置を検出するセンサを備え、検出した点を
中心とした成る大きさをもった仮想的障害物を地図に記
載した後、現在地点から目標地点までの安全な経路を導
出するものである。なお、ＩＪＣＡＩはＩｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ　ＪｏｉｎｔＣｏｎｆｓｒｅｎｃｓ　ｏｆ
　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅの
略記である。

このような方法においては通常、１つの障害物の表面か
ら多くの点が検出されるために、本来は１つの障害物で
あるものを多数の独立な仮想障害物として表現すること
になる。そのため地図が複雑化し、次のような望ましく
ない影響が出る。

（１）地図記憶用のメモリ容量が増大する。

（２）未知障害物の寸法や個数についての判断がされな
いために学習効果がない、明らかに同一の障害物から検
出された点でも別の障害物としてしまう。

（３）目標地点までの経路を導出する時間が増大する。

経路の導出プロセスは、一般的に、経路の候補を作るス
テップと各々の候補が障害物と交差しないかどうかをチ
ェックするステップとの繰り返しである。障害物との交
差チェックは障害物の数に比例した時間を要する。また
経路の候補は障害物への接線などが選ばれるため、その
数は障害物の数にほぼ比例する。したがって、全体で障
害物数の２乗に比例した時間が。

経路の導出にかかることになる。このことから。

地図上の障害物数の増加が経路導出に要する時間を急激
に増加させることがわかる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、地図記憶用メモリ容量と目標地点まで
の経路導出時間とを増大させずしかも学習効果のある移
動機械制御装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、障害物から検出した点が十分な数に達した時
に、これらをグループに分け、各グループごとにグルー
プ内の検出点の配置の広がりに応じた寸法の仮想障害物
を作成し、地図に記載し更新するようにしたものである
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第１０図により説明
する。第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

制御装置は無人搬送車１０１に対して指令出力手段１０
２により移動を指示し、現在位置入力手段１０３から現
在位置を取り込む。

また入力装置１１１０４を介して入力された（１０５）
目標位置を前記現在位置と共に位置記憶手段１０６に記
憶する。初期に与えられる地図は、地図入力手段１０７
により入力され、地図記憶手段１０８に記憶される。移
動機械の経路は、記憶された現在位置、目樟位置、地図
に基づいて経路導出手段１０９により導出され、経路記
憶手段１１０に記憶される。一方、センサ入力手段１１
８は、障害物検出センサ１１１を用いて障害物表面上の
点（検出点）の位置や検出した方向等のデータを入力し
、そのデータは検出点記憶手段１１２に記憶される。分
岐判断部１１３は、記憶した検出点をグループ分けすべ
きかどうかを判断する。検出点は、その結果にしたがっ
てグループ分は処理１１４を受ける。仮想障害物記載手
段１１５は、グループ分けされたものあるいは生の検出
点データを用いて仮想的な障害物を生成し、記憶されて
いる地図に重ねて記載する。図形表示装置は少な、くと
も地図と現在位置、経路、検出点を表示し、操作者が移
動状況をモニタできるようにする６以上の手順は手順記
憶手段１１７に記憶されている。

次に第２図を用いて本実施例の基本的なフローを説明す
る。ここで最初に行われる初期地図の入力は済んだもの
として省略した。すると、まず第１のステップは操作者
が目標位置を入力することである（Ａ）。次に現在記憶
されている地図と移動機械の現在位置をもとに経路を導
出する（Ｂ）。この経路は例えば現在位置から目標位置
までの最短経路である６次に経路にしたがって移動機械
に指令を与え、移動させる（Ｃ）。この時、現在位置の
入力も行い、目標位置と一致したら停止する０次にある
一定距離または時間を移動する度に障害物検出センサに
よりＩＩ！測する（Ｄ）、この結果、現在記憶されてい
る地図にない未知の障害物からの検出点を得たかどうか
を判断しくＥ）、Ｎｏの時には再び一定距離または時間
の移動に移るが、ＹＥＳの時には、検出点データに基づ
いて地図を改訂（Ｆ）した後に、経路の導出からやり直
す、この地図の改訂法が本発明の主要部である。

地図の改訂法について詳しく説明する前に、まず第３図
を用いて地図の表現方法と経路の導出法の１例を示す０
図中の円及び実線のリンクが地図これらの構成単位によ
って、多角形の障害物や円状の障害物を自由に描くこと
ができる。構成単位同士は重なってもよい。

経路は１図中の一点鎖線のように障害物を避けて目標地
に至るほぼ最短のコースとして導出される。これは多く
の場合障害物に接する。通常の多くのアルゴリズムによ
ってこのような経路を導出するために要する時間（演算
の回数）は既に述べたように、構成単位の総数の２乗に
ほぼ比例する。

次に第４図を用いて地図の改訂法を説明する。

地図の改訂は次の２つのレベルに分けて実施する。

（１）レベル１；各々の検出点を中心とした円を描き地
図に記載する６円の半径は移動機械の寸法に安全余裕を
加えた値とする。（同図Ａ）。

（２）レベル２：検出点をグループに分け、各グループ
ごとに１つの円を描き地図に記載する０円の半径は各グ
ループ内の検出点配置の広がりに移動機械の寸法及び安
全余裕を加えた値とする（同図Ｂ、Ｃ）、レベル１から
レベル２への移行条件、すなわちグループ分けをするか
しないかを判断する条件は、グループ分けされていない
検出点の総数に基づく。１度グループ分けが実施される
と。

総数は減少し、新しい検出点が採取されると再び増加す
る。

次に検出点をグループ分けする方法について詳しく説明
する。まず検出点を得るためのセンサとしては、超音波
を用いたソナーのようなもの、光を用いたもの、接触セ
ンサを用いたもの、ＴＶカメラを用いたもの等があるが
、いずれも次の情報を採取できなげなければならない。

（１）検出点（位置）：障害物表面上の点の空間的座標
値。

（２）検出方向：検出点を採取した時の方向。超音波や
光を用いた場合には反射方向に相当する。

この２種類または片方のデータを用いて検出点同士をグ
ループに分ける方法が考えられる。

まず最も単純な方法として、互いの距離が一定値以下の
ものを同一グループとする方法がある。

またこれとほぼ同類であるが、最も近いもの同士を同一
グループとする方法もある。これらは検出点位置の情報
だけを使用する。

それに検出方向のデータも加味すると、さらに適切なグ
ループ分けができる。この方法は、障害物の内側と外側
の区別を考慮して検出点同士を相互に接続するものであ
り、接続されたもの同士を同一グループとする。第５図
を用いて説明する。

同図は、検出点すと接続する左右の点を選ぶ方法を示し
たものである。まず点すから検出方向（太矢印）に仮想
的な２本の腕（長さを５ｐａｎとする）を延ばす。この
腕を扇のように徐々に左右に広げてゆき、各々が他の検
出点に接触したところで止めこの時接触した左右の検出
点ａ、ｄを隣接点とする。このような処理を全ての隣接
点について実施し、ＨＩＧＨＴ（ｉ　）　、ＬＨＦＴ（
ｉ　）なる配列を作成する。

次に ｊ　＝ＲＩＧ）ＩＴ（ＬＥＦＴ（ｊ　）　）かつｊ　＝
ＬＨＦＴ（ＨＩＧＨＴ（ｊ　）　）なる検出点ｊについ
てのみ、　Ｒ：ｔｃｕｒ（ｊ）及びＬＨＦＴ（ｊ）と接
続する。すなわち、自分にとって左側のものから見れば
、自分は右側であり、しかも、自分にとって右側のもの
から見れば自分は左側である場合に接続する。このよう
にして接続されたもの同士を同一グループとする。この
方法によれば、第６図のように配置だけを考えると明ら
かに同一グループになる検出点群を正確に分離できる。

すなわち、前述の５ｐａｎが点αとβ、αととの距離よ
り大きくても、　ＬＨＦＴ（β）≠α、　ＲＩＧＨＴ（
ン）≠αであることから、αβ間、０３間が結ばれるこ
とはない。この方法における適当な５ｐａｎの値は、移
動機械がどのくらいの距離ごとに観測をするかによって
異なる。またセンサの種類によっても異なるが、例えば
超音波のセンサを用いて一定距離０ごとにｗ４測を実施
した場合には、５ｐａｎはａよりも幾らか大きめの値と
するのがよい。

次に仮想障害物の生成法について説明する。１つの方法
は、同一グループ内の検出点を覆う最小の円をまず見つ
け、この円の半径を移動機械の寸法と安全余裕を加えた
分だけ拡大するものである。

グループ分けの際に、孤立してしまった検出点について
はレベル１と同様に円で表す。このような点は、後にさ
らに多くの検出点が採取されるとそれらと共にグループ
の構成員となることもある。

なお、第２の方法は同一グループ内の検出点の座標のう
ち、最も大きなＸ座標、ｙ座標と最も小さなＸ座標、ｙ
座標を用いた４角形を仮想障害物とするものである。こ
の方法の利点は懸回学的計算を必要としない点にある。

第７〜第１０図を用いて、本発明の実施例における図形
表示装置の表示画面を示す。第７図において、５角形は
移動機械の移動軌跡及び現在位置を示す。出発位置はＳ
、目標位置はＧで各々示されている。小さな丸印は超音
波のソナーによる検出点、丸印に付属している棒は検出
方向を示す。

その他の円及び直線は地図を構成している。同図の実施
例においては、レベル１からレベル２への移行は、グル
ープ化されていない検出点の数が４を超えた時に実施す
るものとし、５ｐａｎの値を８０ｃｒｓとした。未知障
害物として、直径４０ｃｍの円筒を２つ用意して移動実
験をした。同図の表示は、第１の円筒から４つの検出点
、第２の円筒から１つの検出点が採取されたため、レベ
ル２の改訂を行う直前の様子を示している。

第８図は、レベル２改訂によって１つの円に集約された
障害物と、さらに第２の円から収集された３つの検出点
および前回の改訂で孤立した検出点を示す。計４つのグ
ループ化されていない検出点が集まったため、この直後
にレベル２改訂が再び行われた。

第９図は、この時のレベル２改訂の様子を示した表示画
面である。検出点が２つのグループに分けて接続されて
、各々のグループを覆う最小半径の円が描かれている。

これらの円の半径をさらに拡大すると第１０図のように
２つの仮想円障害物が生成された６ 本実施例においては、経路の導出や地図の改訂に１６ビ
ツトマイクロコンピユータと演算プロセッサを用いてい
るが、レベル２の改訂に要する時間は約１秒、地図上の
円の数が４から１に減少することによる経路導出時間の
短縮は約１．５秒であり、全体で０．５秒短縮されてい
る。また、レベル２の改訂により生成された円の近傍か
ら検出された点は、既知障害物からのものと見なされる
ために、１度改訂されると以後の検出点の増加が抑制さ
れるという、学習的な効果が見られた。

また、さらに他の実施例として、移動機械が三次元的に
移動する場合には、仮想障害物として円の替わりに球を
用いる方法が有効である。

〔発明の効果〕

本発明では、障害物から検出した点が十分な数に達した
時に、それらをグループに分け、各グループごとにグル
ープ内の検出点の配置の広がりに応じた寸法の仮想障害
物を作成し、地図に記入し改訂していくので、未知障害
物について学習的機能が得られ、地図記憶用メモリ容量
が節約され、経路導出時間が短縮される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成図、第２図は本発明の基本
的な処理フローを示す流れ図、第３図は地図の表現方法
の説明図、第４図は地図の改訂方法の説明図、第５図、
第６図は検出点のグループ化方法の説明図、第７図〜第
１０図は本発明実施例における図形表示画面を示す図で
ある。 １０１・・・無人搬送車、１０２・・・指令出力手段、
１０３・・現在位置入力手段、１０４・、・入力装置。 １０５・・・目標位置入力手段、１０６・・・位置記憶
手段、１０７・・・地図入力手段、１０８・・・地図記
憶手憶手段、１１３・・・分岐判断部、１１４・・・グ
ループ分は処理手段、１１５・・・仮想障害物記載手段
、１１６・・・図形表示装置、ｌ１７・・・手順記憶手
段、１１８・・・センサ入力手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動機械に移動指令を与える手段と、移動機械の現
   在位置を入力する手段と、障害物表面上の点の位置を検
   出する手段と、移動機械の移動可能領域を示す地図やデ
   ータや処理手続を記憶する手段と、図形表示手段と、記
   憶手段内のデータ等を組み合わせて演算し移動すべき経
   路を導出して移動指令を作成するとともにその他の指令
   等を出力する演算処理手段とを有する移動機械の制御装
   置において、演算処理手段が、検出された点をグループ
   に分け、各グループごとにグループ内の検出点の位置的
   広がりを反映した大きさの仮想障害物を作成し、前記地
   図の内容を更新することを特徴とする移動機械制御装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、演算処理手段が、
   検出点の検出方向のデータも加味して検出点をグループ
   分けすることを特徴とする移動機械制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、演算
   処理手段が、仮想障害物の形状を円とし、その円の半径
   を、同一グループ内の検出点を覆う最小の円の半径に移
   動機械の寸法と安全余裕を加えた値とすることを特徴と
   する移動機械制御装置。