WO2022215314A1 - 経路計画装置、経路計画方法、およびプログラム - Google Patents
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- G08G1/16—Anti-collision systems
Definitions
- the present disclosure relates to a route planning device, a route planning method, and a program for planning movement routes of a plurality of moving bodies.
- Patent Documents 1 to 3 There are technologies for planning routes for multiple moving bodies (robots, etc.) (see Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1).
- JP 2020-149370 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-280213 JP 2009-20773 A
- a route planning device includes a position prediction unit that predicts positions after a predetermined time has elapsed for a plurality of moving bodies that are moving according to a first route plan; During a period in which one moves according to the first route plan, the routes of the plurality of mobiles are replanned based on the prediction result of the prediction unit to generate a second route plan, and the plurality of mobiles a route planer for outputting movement instructions based on the second route plan for each;
- a route planning method predicts the positions of a plurality of mobile bodies moving according to a first route plan after a predetermined time has elapsed, and at least one of the plurality of mobile bodies is re-planning the routes of a plurality of moving bodies based on the predicted result to generate a second route plan within a period of time during which the moving bodies are moving according to the first route plan; and outputting movement instructions based on the route plan of .
- a program predicts the positions of a plurality of mobile bodies moving according to a first route plan after a predetermined time has elapsed, and at least one of the plurality of mobile bodies moves to the first During the period of movement according to the route plan, the routes of the plurality of moving bodies are replanned based on the predicted result to generate a second route plan, and the second route for each of the plurality of moving bodies and outputting movement instructions based on the plan.
- a route planning device, a route planning method, or a program according to an embodiment of the present disclosure predicts the positions of a plurality of mobile bodies moving according to a first route plan after a predetermined time has elapsed, and A second route plan is generated by re-planning the routes of the plurality of mobiles based on the predicted results during a period in which at least one of them is traveling according to the first route plan.
- FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a first example of a route planning method according to technology according to a comparative example
- FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing a second example of a route planning method according to technology according to a comparative example
- FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a problem of a route re-planning technique according to a technique according to a comparative example
- 1 is a block diagram schematically showing one configuration example of a route planning device according to a first embodiment of the present disclosure
- 4 is a flow chart showing an example of a re-planning procedure by the route planning device according to the first embodiment
- FIG. 6 is a flowchart showing a detailed example of stop instruction processing in step S13 in FIG. 5;
- FIG. 6 is a flowchart showing a detailed example of movement instruction processing in step S15 in FIG. 5;
- FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing an example of route interference between a plurality of robots;
- FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a display example of an initial state of a user interface screen of a display unit of the route planning device according to the first embodiment;
- FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a screen display example during route re-planning on the user interface screen shown in FIG. 9;
- FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a screen display example after completion of route re-planning on the user interface screen shown in FIG. 9;
- 1 is a block diagram schematically showing an example of a system to which the route planning device according to the first embodiment is applied;
- Comparative example> (Outline of route planning method by technology according to comparative example)
- Route planning is to use a map of the surrounding environment to calculate what kind of route the robot should take to reach the goal point. Simultaneous calculation of the paths of a plurality of robots is called multi-robot path planning. Multi-robot path planning is much more computationally complex than single-robot path planning because it needs to find paths that do not conflict with other robots. Conflict means that robots cannot reach the goal due to collisions or deadlocks between robots.
- FIG. 1 schematically shows a first example of a route planning method according to technology according to a comparative example.
- Multi-robot path planning is often performed on graph structures such as FIG.
- This graph represents the environment in which the robot moves in a graph structure.
- the output of the path plan is represented, for example, by the order of the vertices traversed.
- FIG. 1 an example of path planning for two robots 1, 2 in a graph structure with vertices A, B, C, D, E, F, G, H is shown.
- the route plan for the robot 1 is output as a plan passing through vertex A, vertex B, vertex C, vertex D, and vertex H in order.
- graph search algorithms such as A * and CBS (Conflict-Based Search) (see Non-Patent Document 1) are sometimes used to search for paths in which robots do not conflict with each other.
- Graph search algorithms are complex and time consuming. If the number of robots increases or if you try to find a more optimal plan, depending on the case, it takes several seconds to several tens of seconds to find a solution.
- the optimal plan is generally the set of routes that minimizes the total time required for the robot to reach the goal. A more optimal plan is the solution that takes less time for the robot to reach the goal.
- FIG. 2 schematically shows a second example of the route planning method according to the technology according to the comparative example.
- the routes of two robots, robot 1 and robot 2 are planned and the following plan is output.
- the output of a route plan is typically in the form shown below.
- ⁇ Robot 1 move from vertex A to vertex C [0, 2] ⁇ move from vertex C to vertex D [2, 6]
- ⁇ Robot 2 Standby at vertex B [0, 2] ⁇ move from vertex B to vertex C [2, 5] ⁇ move from vertex C to vertex E [5, 6]
- brackets indicate the start time and end time of each movement or standby.
- the time required for movement is called cost.
- the cost is 2 when the robot 1 moves from vertex A to vertex C, for example.
- Re-planning a path means changing an already planned path of the robot afterward. For example, a route is planned, a movement instruction is given to the robot, and while the robot is moving to the goal point, another route is planned and the movement instruction of the robot is changed.
- a global optimization algorithm that optimizes the entire path of multiple robots (algorithm that minimizes the total arrival time to the goal of all robots)
- a new goal is added (for a certain robot).
- the paths of all robots robots whose goals have already been set
- re-planning of the route is performed at this time.
- re-planning is also performed when the graph structure changes due to dynamic obstacles, or when the progress of the robot's movement deviates from the time of planning.
- the technique according to the present disclosure is an approach to this route re-planning.
- Route re-planning is generally performed according to the flow of procedures A-1 to A-4 below.
- (Procedure A-1) A replanning trigger fires.
- (Procedure A-2) Search for a route.
- (Procedure A-3) Discard the current movement instruction.
- (Procedure A-4) Issue a new movement instruction to the robot based on the searched route.
- Method 1 Method of re-planning ignoring delays This is a method of re-planning without worrying about the above-mentioned delays.
- the route search start point is the robot position at the start of re-planning (step A-1).
- the position at the time when the new movement instruction is given to the robot may differ from the starting point of the route search.
- problems such as collisions and deadlocks between robots occur.
- FIG. 3 shows an example of a collision case.
- FIG. 3 schematically shows the problem of the route re-planning method according to the technology according to the comparative example.
- the route searches for the robots 1 and 2 are performed using the position at the start of route search for replanning as the starting point ((A) in FIG. 3, procedure A-1).
- a new movement instruction is issued (at the start of movement according to the new movement instruction, (B) of FIG. 3, procedure A-4)
- the robots 1 and 2 are traveling along the old route. Therefore, the robot 1 first turns back to return to the starting point at which the replanned route search was started. However, it collides with the robot 2 that has advanced according to the movement instruction based on the new route plan ((C) in FIG. 3).
- the route searched by re-planning guarantees no collisions and deadlocks from the start point to the goal point, but there is no collision or deadlock from the current position to the start point, such as the robot 1 in the examples of FIGS. 3B and 3C.
- a move is a path move that is not included in the search results, and is not guaranteed to be free of collisions and deadlocks. Therefore, a problem such as (C) in FIG. 3 occurs.
- Method 2 A method of stopping the movement of all robots at the time of re-planning. By stopping the movement of , it is possible to prevent the problem that occurs in Method 1. By doing so, the starting point of the route search and the robot position when a new movement instruction is issued (procedure A-4) are the same. In the case of this method, the replanning procedure is as shown in the following procedures A-1' to A-5'. (Procedure A-1′) A replanning trigger fires. (Procedure A-2') Stop the movement of all robots. (Procedure A-3') Search for a route using the place where the robot stops as a starting point. (Procedure A-4') Discard the current movement instruction. (Procedure A-5') Issue a new movement instruction to the robot based on the searched route.
- This method does not cause problems such as collisions or deadlocks (types in which the robot cannot reach the goal normally), but there are other problems such as deterioration of movement efficiency and wasteful power consumption.
- the robot When stopping the robot, the robot does not stop immediately (it needs to slow down gradually by applying brakes), so time is lost.
- power consumption is greater than when moving forward without stopping.
- route planning using a global optimization algorithm as the number of robots increases, the frequency of re-planning increases accordingly.
- Method 3 A method of predicting the future position of the robot and planning a route using that position as the starting point
- Procedures B-1 to B-4 of the route planning method according to the technique of the present disclosure are shown below.
- (Procedure B-1) Predict the positions of a plurality of robots moving according to the old route plan (first route plan) before replanning after a predetermined time (T seconds).
- Procedure B-1 corresponds to step S12 in FIG. 5, which will be described later.
- T seconds is determined based on the time required for route search and the delay time until an instruction is given to each robot.
- the position of each moving robot is predicted in consideration of the current position, the speed of each robot, the waiting time of a plurality of robots, and the like.
- the current position is the predicted position for the robots that have not been instructed to move.
- Procedure B-2 A stop instruction position for each robot is determined so that each robot stops near the position predicted in procedure B-1, and a stop instruction is issued to each robot.
- Procedure B-2 corresponds to stop instruction processing in step S13 of FIG. 5, which will be described later.
- a stop instruction is not issued to a robot that has not moved after T seconds.
- a robot that is not moving is a robot that has not issued a movement instruction in the first place, or a robot that has issued a movement instruction but has completed its movement after T seconds.
- the robot may temporarily stop at another meeting (in the old route plan) until it reaches the stop instruction position instructed by the stop instruction. In other words, the algorithm will continue to proceed with the old route plan (including the meeting) and pause the plan at some point.
- a method of determining the stop instruction position by the stop instruction will be described later.
- Procedure B-3 Route search is performed for all robots using the stop instruction position instructed to stop in procedure B-2 as a starting point.
- Procedure B-3 corresponds to the process of step S14 in FIG. 5, which will be described later.
- Pathfinding is performed during a period in which at least one of the plurality of robots is moving according to the old path plan.
- Procedure B-4 corresponds to movement instruction processing in step S15 of FIG. 5, which will be described later.
- the old movement instruction is immediately discarded ( In step S53 of FIG. 7, which will be described later, a new movement instruction is issued.
- step S51 in FIG. 7 described later; N If it has not yet reached the stop instruction position instructed to stop in procedure B-2 (step S51 in FIG. 7 described later; N), the stop instruction is canceled (step S52 in FIG. 7 described later) and the stop instruction is given. As soon as the position is reached, a new movement order is issued (destroying the old movement order). In this case, the robot can re-plan without stopping. However, if the new route plan interferes with the old route plan of another robot (step S54 in FIG. 7; Y described later), the robot does not start moving immediately. This is to prevent collisions and deadlocks, as described below.
- the point of the technology according to the present disclosure is to ⁇ issue a stop instruction to stop the robot at (a little ahead of) the predicted position '' and ⁇ consider the dependency relationship between the old route plan and the new route plan ''. The point is that collisions and deadlocks do not occur even if the
- the route search ends just before it stops, so the stop instruction can be canceled before each robot stops, and when it reaches the stop instruction position, it can immediately shift to a new route plan. In other words, it is possible to move by re-planning without stopping each robot.
- FIG. 4 schematically shows a configuration example of the route planning device 100 according to the first embodiment of the present disclosure for realizing the route planning method according to the technology of the present disclosure described above.
- the route planning device 100 includes a route planning unit 11, a display unit 12, a robot control unit 13, a communication unit 14, a robot information management unit 50, a replanning determination unit 51, a robot position prediction unit 52, a stop and a position determination unit 53 .
- the route planning device 100 may be composed of a computer terminal equipped with, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM.
- a CPU Central Processing Unit
- ROM Read Only Memory
- the processes performed by the path planning unit 11, the robot control unit 13, the robot information management unit 50, the replanning determination unit 51, the robot position prediction unit 52, and the stop position determination unit 53 are executed by programs stored in the ROM or RAM. It can be realized by the CPU executing the processing based on.
- the processing by the route planning device 100 may be implemented by the CPU executing processing based on a program supplied from the outside via a wired or wireless network, for example.
- the replanning determination unit 51 issues a replanning instruction based on the replanning trigger.
- Triggers for replanning include adding new destinations, detecting dynamic obstacles, and detecting deviations between plan and movement progress.
- a replanning trigger may be input from a higher system.
- the robots 1, 2 may be equipped with sensors for detecting dynamic obstacles. Detection of a dynamic obstacle may be notified from the robots 1 and 2 to the route planning device 100 as an obstacle notification.
- the robot position prediction unit 52 is a position prediction unit that predicts the positions of the robots 1 and 2 that are moving according to the old route plan (first route plan) based on the replanning instruction from the replanning determination unit 51. .
- the robot position prediction unit 52 Upon receiving the re-planning instruction, the robot position prediction unit 52 first predicts the positions of the robots 1 and 2 after T seconds.
- T may be a time interval set in advance, or may be a time interval that dynamically changes based on feedback from route search time during system operation, instruction delays to the robots 1 and 2, and the like.
- the robot position prediction unit 52 receives information such as the current positions and current paths of the robots 1 and 2 from the robot information management unit 50.
- the stop position determination unit 53 determines the positions (instructed stop positions) to stop the robots 1 and 2 based on the predicted position information from the robot position prediction unit 52 .
- the stop position determination unit 53 outputs a stop instruction based on the determined stop instruction position to the robot control unit 13 .
- the stop position determination unit 53 also outputs stop position information to the route planning unit 11 .
- the route planning unit 11 re-plans the routes of the robots 1 and 2 during a period in which at least one of the robots 1 and 2 is moving according to the old route plan to generate a new route plan (second route plan). and output a movement instruction based on the new route plan for each of the robots 1 and 2.
- the route planning unit 11 generates a new route plan by performing a route search using the stop instruction positions of the robots 1 and 2 as starting points based on the stop position information from the stop position determination unit 53 .
- the route planning section 11 receives information such as the goal points of the robots 1 and 2 from the robot information management section 50 .
- the route planning unit 11 outputs movement instructions for the robots 1 and 2 to the robot control unit 13 based on the result of the route search.
- the route planning unit 11 outputs new route information to the robot information management unit 50 .
- the robot control unit 13 outputs a stop instruction from the stop position determination unit 53 and a movement instruction from the route planning unit 11 to the robots 1 and 2 via the communication unit 14 . Further, the robot control unit 13 outputs the stop notification, movement completion notification, and obstacle notification received from the robots 1 and 2 via the communication unit 14 to the robot information management unit 50 .
- the robot controller 13 controls the robot that has not arrived at the instructed stop position. , after canceling the stop instruction, output a movement instruction based on the new route plan.
- the robot control unit 13 controls a robot (for example, robot 1) as a first moving body based on the old route plan and a robot (for example, robot 1) as a second moving body based on the new route plan. For example, in consideration of interference with the path of the robot 2), a movement instruction for the robot as the second moving body is output.
- the robot control unit 13 changes the path to the old path plan. After the movement of the robot as the first mobile body based on the route plan is completed, a movement instruction based on the new route plan is output to the robot as the second mobile body.
- the robot control unit 13 The movement of the robot as the second moving body based on the second route plan may be temporarily stopped before the position where interference occurs. After completing the movement of the robot as the first moving body to the position where the interference occurs, the movement of the robot as the second moving body may be resumed.
- the robot information management unit 50 manages various types of information required for route planning.
- the robot information management unit 50 stores the new route information received from the route planning unit 11 . Further, the robot information management unit 50 stores information such as the current positions of the robots 1 and 2 based on the stop notifications and movement completion notifications from the robots 1 and 2 received via the robot control unit 13 .
- the display unit 12 is configured by a display, for example, and displays information such as the routes of the robots 1 and 2 planned by the route planning unit 11 .
- the display unit 12 displays, for example, user interface (UI) screens as shown in FIGS. 9 to 11, which will be described later.
- UI user interface
- the display unit 12 displays the route of the old route plan in such a manner that the route before the instructed stop position and the route after the instructed stop position can be distinguished. do.
- the display unit 12 displays the stop instruction position and the route of the new route plan.
- FIG. 5 is a flow chart showing an example of a re-planning procedure by the route planning device 100 according to the first embodiment.
- the replanning determination unit 51 outputs a replanning instruction based on the firing of the replanning trigger (step S11).
- the robot position prediction unit 52 predicts the positions of all the robots after a predetermined time (T seconds) has passed (step S12).
- the stop position determination unit 53 performs stop instruction processing for each robot (step S13).
- the route planning unit 11 performs route search for all robots (step S14).
- the robot control unit 13 performs movement instruction processing for each robot (step S15), and ends the replanning processing.
- FIG. 6 is a flowchart showing a detailed example of the stop instruction process in step S13 in FIG.
- the stop position determining unit 53 determines whether or not a certain robot will be moving after T seconds (step S31). When it is determined that the vehicle is not moving after T seconds (step S31; N), the stop position determination unit 53 terminates the stop instruction process.
- step S31; Y when it is determined that the robot is moving after T seconds (step S31; Y), the stop position determination unit 53 next determines the instructed stop position (step S32). Next, the stop position determination unit 53 issues a stop instruction (step S33), and terminates the stop instruction process.
- FIG. 7 is a flowchart showing a detailed example of the movement instruction process in step S15 in FIG.
- the robot control unit 13 determines whether a certain robot has issued a stop instruction or has already reached the stop instruction position (step S51). If it is determined that a certain robot has not issued a stop instruction or has already reached the stop instruction position (step S51; Y), the robot control unit 13 next moves a certain robot according to the old route plan. Cancel the instruction (step S53). On the other hand, if it is determined that a certain robot has issued a stop instruction or has not yet arrived at the stop instruction position (step S51; N), the robot control unit 13 next determines that a certain robot has issued Cancel the stop instruction (step S52), and then cancel the movement instruction of the old route plan for a certain robot (step S53).
- the robot control unit 13 determines whether or not the new route plan of one robot interferes with the old route plan of another robot (step S54). If it is determined that the new route plan of a robot does not interfere with the old route plan of another robot (step S54; N), then the robot control unit 13 instructs the robot to move according to the new route plan. (step S56), and the movement instruction process is terminated.
- step S54 if it is determined that the new route plan of a robot interferes with the old route plan of another robot (step S54; Y), then the robot control unit 13 moves according to the interfering old route plan. Wait until the movement of the existing robot is completed (step S55). Next, the robot control unit 13 issues a movement instruction for a new route plan for a certain robot (step S56), and terminates the movement instruction process.
- the stop instruction may be issued at the position predicted in procedure B-1, or may be issued at a position slightly ahead of the predicted position. By setting the stop instruction position slightly ahead of the predicted position, even if there is a deviation in the prediction, it may be possible to prevent each robot from stopping or decelerating. becomes longer). In an environment where each robot moves on a graph structure, there is also a method of issuing a stop instruction at the vertex next to the predicted position.
- FIG. 8 schematically shows an example of path interference between multiple robots.
- (A) shows an example of an old route plan for robots 1 and 2.
- (B) shows an example of a new route plan for robots 1 and 2.
- FIG. 8 shows an example of path interference between multiple robots.
- the new path plan for robot 2 interferes with the old path plan for robot 1. If the robot 2 starts to move according to the new path plan before the robot 1 moves to the stop instruction position (according to the old path plan) from the state shown in FIG. In some cases, the robot 1 and the robot 2 collide with each other.
- Whether or not the new path plan of a robot interferes with the old path plan of another robot can be determined by comparing the paths of the new path plan and the old path plan and determining whether each path passes through the same vertex or edge. or not. If a robot's new path plan interferes with another robot's old path plan, a dependency is added to the new path plan in one of the following two patterns. (Pattern 1) If the new path plan of a robot (e.g. robot 2) interferes with the old path plan of another robot (e.g. robot 1), a new path plan will be created after the interfering plan has finished moving. start moving.
- pattern 2 Compared to pattern 1, pattern 2 partially considers dependencies, so movement efficiency is slightly better.
- the process of "waiting for the movement of the robot moving under the interfering old route plan to finish" in step S55 in FIG. considering the dependency on the old route plan, it moves while pausing and resuming as appropriate.
- route search fails. In the event of failure, re-planning is canceled by canceling all stop instructions issued in procedure B-2. If canceled, each robot will continue to move according to the old path plan.
- Step 1 Predict the position of each robot after T seconds.
- Step 2 Instruct each robot to stop near the position predicted in step 1.
- Step 3 Route search is performed using the position instructed to stop in step 2 as a starting point.
- Step 4 Detect that a certain robot cannot reach the position instructed to stop in step 2 due to a dynamic obstacle.
- robot A is the detected robot.
- Step 5 Stop the robot A on the spot.
- Step 6) The flow of replanning performed up to step 3 is stopped. Cancel the stop instruction issued to each robot.
- Step 7) Estimate the position of each robot after T seconds again.
- Step 8 Instruct each robot to stop near the position predicted in step 7.
- Step 9 Route search is performed using the position instructed to stop in step 8 as a starting point. At this time, if the map of the environment has been updated to reflect the dynamic obstacles, the route blocked by the dynamic obstacles is planned not to be taken. (Step 10) As soon as the robot reaches the position instructed to stop in step 8, the old movement instruction is discarded and a movement instruction is issued to each robot based on the new route plan.
- FIG. 9 schematically shows a display example of the initial state of the user interface screen of the display unit 12 of the route planning device 100.
- movable routes (range of motion) 30 and possible stop points (standby points) 31 of a plurality of robots are displayed.
- FIG. 10 schematically shows a screen display example during route re-planning on the user interface screen shown in FIG.
- FIG. 11 schematically shows a screen display example after completion of route replanning on the user interface screen shown in FIG. 10 and 11 show an example of displaying the paths of robots 1 and 2 as a plurality of robots.
- One of the features of the route planning method according to the technology of the present disclosure is to predict the positions of a plurality of robots at the time of re-planning, issue a stop instruction at the predicted position (near), and start a new route using the stop instruction position as a starting point.
- "old route plan (before instructed stop position)" is a route that will certainly be taken in the future
- the display unit 12 displays, for example, a user interface screen as shown in FIG. 10 while the route planning unit 11 is searching for a route.
- a display 121 indicating that the route is being replanned may be displayed on the user interface screen.
- the paths before and after the stop instruction position are distinguished by solid lines and dashed lines.
- the display mode is not limited to the example of FIG. 10, and a pattern that distinguishes by line thickness, a pattern that distinguishes by line color, and the like are conceivable.
- the old route is displayed before the route search in replanning is completed, and the display is switched to the new route as shown in FIG. 11 as soon as the route search is completed.
- the display unit 12 may display a display 122 indicating that the replanning is completed on the user interface screen, as shown in the example of FIG.
- the display unit 12 erases the dotted line route during re-planning, and displays the new route obtained by re-planning as a fixed route with a solid line.
- FIG. 12 schematically shows an example of a system to which the route planning device 100 according to the first embodiment is applied.
- FIG. 12 shows an example of a system in which the route planning device 100 according to the first embodiment is applied to an automated guided vehicle system in a factory using an automated guided vehicle (hereinafter referred to as AGV) 24. show.
- AGV automated guided vehicle
- the AGV 24 is the mobile body and corresponds to the robots 1 and 2 in FIG.
- a plurality of AGVs 24 exist.
- the automatic transport system comprises a production management system (MES) 21, a transport control system (MCS) 22, an AGV control system (MCP) 23 and an AGV 24.
- MES production management system
- MCS transport control system
- MCP AGV control system
- the MES 21 issues transport instructions to the MCS 22.
- An example of the transport instruction here is, for example, "transport C from apparatus A to apparatus B".
- the MCS 22 determines which AGV 24 to use and how to transport, and further issues transport instructions to the MCP 23 . For example, when the AGV 24A exists as one of the plurality of AGVs 24, an example of the transport instruction is "The AGV 24A transports C from point A to point B.”
- the MCP 23 determines the specific movement route of the AGV 24.
- the MCP 23 has a route planning device 100 according to the first embodiment shown in FIG.
- the route planning device 100 executes re-planning according to the technology of the present disclosure, and even if the route is changed by the global optimization algorithm, the AGV 24 smoothly starts the new route without stopping as much as possible. It is possible to move to
- the route before the instructed stop position and the route after the instructed stop position are displayed separately in the user interface at the time of re-planning. This helps the user distinguish between paths that each robot is sure to follow and paths that may change in the future, in situations where re-planning may change the path.
- the present technology can also have the following configuration.
- the positions of a plurality of moving bodies moving according to a first route plan after a predetermined time has elapsed are predicted, and at least one of the plurality of moving bodies moves according to the first route plan.
- multiple mobiles' paths are re-planned based on the predicted results to generate a second path plan. This allows efficient replanning of routes for multiple mobiles.
- a route planning device comprising: a route planning unit that generates a route plan and outputs a movement instruction based on the second route plan for each of the plurality of moving bodies.
- a stop position determination unit that determines a stop instruction position for each of the plurality of moving objects based on the prediction result of the prediction unit and outputs a stop instruction for each of the plurality of moving objects;
- the route planning device according to (1) above further comprising: (3) The route planning device according to (2) above, wherein the stop position determining unit does not output the stop instruction to a moving body that has not moved after the predetermined time has elapsed, among the plurality of moving bodies.
- the route planning unit performs a route search for the plurality of moving bodies using the stop instruction position as a starting point.
- a control unit that outputs a movement instruction based on the second route plan after canceling the stop instruction;
- the control unit determines a position where interference occurs.
- the movement of the second moving body based on the second route plan is temporarily stopped before the movement of the second moving body, and after the movement of the first moving body to the position where the interference occurs is completed, the second moving body
- the route planning device according to (6) above, which restarts movement.
- the route of the first route plan is displayed in such a manner that the route before the instructed stop position and the route after the instructed stop position can be distinguished. display, The route planning device according to (4) or (5) above.
- a second route planning is performed by re-planning the routes of the plurality of mobiles based on the predicted results during a period in which at least one of the plurality of mobiles is moving according to the first route planning. and outputting a movement instruction based on the second route plan for each of the plurality of moving objects;
- a program that causes a computer to perform a process that includes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
0.比較例(図1~図3)
1.第1の実施の形態(図4~図12)
1.0 概要
1.1 構成
1.2 動作
1.3 適用例
1.4 効果
2.その他の実施の形態
(比較例に係る技術による経路計画の手法の概要)
自律移動ロボットの重要な機能の1つに経路計画がある。経路計画とは、周辺環境の地図を用いて、ロボットがゴール地点までどのような経路で移動すべきかを計算することである。また、複数のロボットの経路を同時に計算することを複数ロボット経路計画という。複数ロボット経路計画の場合、他のロボットと競合しない経路を探索する必要があるため、単一ロボットの経路計画よりも計算が大幅に複雑になる。競合とは、ロボット同士の衝突やデッドロックなどでロボットがゴールまでたどり着けないことを表す。
複数ロボット経路計画は図1のようなグラフ構造に対して行われることが多い。このグラフはロボットの動く環境をグラフ構造で表したものである。経路計画の出力は、例えば通過する頂点の順序で表される。図1では、頂点A,B,C,D,E,F,G,Hを有するグラフ構造における、2つのロボット1,2の経路計画の例を示している。図1において、例えばロボット1の経路計画は、頂点A、頂点B、頂点C、頂点D、および頂点Hを順に通過する計画として出力される。
図2に示したグラフ構造に対して、ロボット1およびロボット2の2台の経路計画を行い、以下のような計画が出力されたものとする。一般的に経路計画の出力は、以下に示す形式になっている。
・ロボット1:頂点Aから頂点Cへ移動[0,2]→頂点Cから頂点Dへ移動[2,6]
・ロボット2:頂点Bで待機[0,2]→頂点Bから頂点Cへ移動[2,5]→頂点Cから頂点Eへ移動[5,6]
次に、経路の再計画について説明する。経路の再計画とは、既に計画したロボットの経路を後から変更することである。例えば、経路を計画し、ロボットに移動指示を出し、ロボットがゴール地点まで移動している途中で、別の経路を計画し、ロボットの移動指示も変更する。複数のロボットの経路全体を最適化する全体最適化アルゴリズム(全ロボットのゴールまでの到達時間の合計を最小化するアルゴリズム)で計画する場合、(ある1つのロボットに対して)新しいゴールが追加されたときに全てのロボット(ゴールが既に設定されているロボット)の経路が変更される可能性がある。つまり、このときに経路の再計画が実行される。他にも、動的障害物によってグラフ構造が変わった場合や、ロボットの移動の進捗が計画時と乖離してきたときにも再計画が行われる。本開示による技術は、この経路の再計画についての手法である。
経路の再計画は、一般的に以下の手順A-1~A-4の流れに従って実行される。
(手順A-1)再計画のトリガーが発火する。
(手順A-2)経路を探索する。
(手順A-3)現在の移動指示を破棄する。
(手順A-4)探索した経路を元にロボットに新しい移動指示を出す。
上記の遅延について一切気にせず再計画を行う手法である。この場合、経路探索のスタート地点は、再計画開始時(手順A-1)のロボット位置となる。しかし、経路探索中にロボットは元の移動計画で進むため、ロボットに新しい移動指示が出された時点(手順A-4)の位置は、経路探索のスタート地点とは異なっていることがある。それにより、ロボット同士の衝突やデッドロックなどの問題が発生する。図3に、衝突するケースの例を示す。
まず、再計画の経路探索開始時の位置をスタート地点として、ロボット1とロボット2の経路探索が行われる(図3の(A)、手順A-1)。経路探索が終わり、新しい移動指示が出された時点(新しい移動指示による移動開始時、図3の(B)、手順A-4)では、ロボット1,2は古い経路で進んでいる。このため、ロボット1はまず、再計画の経路探索開始時のスタート地点に戻るために引き返す。しかし、新しい経路計画による移動指示で進んできたロボット2と衝突する(図3の(C))。再計画により探索された経路は、スタート地点からゴール地点まで衝突およびデッドロックしないことを保証するが、図3の(B),(C)の例のロボット1のような現在地からスタート地点までの移動は、探索結果に含まれない経路の移動であり、衝突およびデッドロックしないことは保証されない。そのため、図3の(C)のような問題が発生する。
再計画のトリガーが発火し、経路を探索するまでの間(手順A-1と手順A-2との間)に、全てのロボットの移動を停止することで、手法1で生じる問題を防ぐことができる。このようにすることで、経路探索のスタート地点と、新しい移動指示が出されたとき(手順A-4)のロボット位置が同じになるためである。この手法の場合、再計画の手順は以下の手順A-1’~A-5’のようになる。
(手順A-1’)再計画のトリガーが発火する。
(手順A-2’)全てのロボットの移動を停止する。
(手順A-3’)ロボットが停止した場所をスタート地点として、経路を探索する。
(手順A-4’)現在の移動指示を破棄する。
(手順A-5’)探索した経路を元にロボットに新しい移動指示を出す。
以下では、移動体がロボットである場合を例に説明するが、本開示の技術はロボット以外の移動体にも適用可能である。
本開示による技術は、複数ロボット経路計画を再計画する際に、複数のロボットの移動をできるだけ止めない、かつ、複数のロボット同士の衝突やデッドロックが起こらないようにする新しい手法である。以下に本開示の技術による経路計画方法の手順B-1~B-4を示す。
(手順B-1)再計画前の古い経路計画(第1の経路計画)に従って移動している複数のロボットの所定時間経過後(T秒後)の位置を予測する。手順B-1は、後述の図5のステップS12に相当する。
T秒は、経路探索にかかる時間や、各ロボットに指示を出すまでの遅延時間を元に決める。移動中の各ロボットの位置は、現在位置や各ロボットの速度、複数のロボット同士の待ち合わせの時間などを考慮して予測する。移動指示を出していないロボットについては、現在位置が予測位置となる。
ただし、T秒後に移動していないロボットには停止指示を出さない。移動していないロボットとは、移動指示をそもそも出していないロボットか、移動指示を出していたが、T秒後には移動が完了しているロボットである。停止指示によって指示した停止指示位置にたどり着くまでの間に、別の(古い経路計画の)待ち合わせでロボットが一旦停止することもある。つまり、古い経路計画は(待ち合わせを含め)そのまま進めて、ある時点で計画を一時停止するようなアルゴリズムとなる。なお、停止指示による停止指示位置の決め方については後述する。
経路探索終了時に、既に手順B-2で止まるように指示した停止指示位置に到着して(停止して)いる場合(後述の図7のステップS51;Y)、すぐに古い移動指示を破棄(後述の図7のステップS53)して、新しい移動指示を出す。まだ手順B-2で止まるように指示した停止指示位置に到着していない場合(後述の図7のステップS51;N)、停止指示はキャンセル(後述の図7のステップS52)して、停止指示位置に到着し次第、即座に(古い移動指示を破棄して)新しい移動指示を出す。この場合、ロボットは停止することなく再計画を行うことができる。ただし、新しい経路計画が別のロボットの古い経路計画に干渉している場合(後述の図7のステップS54;Y)、すぐには移動を開始しない。これは、後述するように、衝突やデッドロックを防ぐためである。
図4は、上記した本開示の技術による経路計画方法を実現するための、本開示の第1の実施の形態に係る経路計画装置100の一構成例を概略的に示している。
図5は、第1の実施の形態に係る経路計画装置100による再計画の手順の一例を示すフローチャートである。
次に、上記手順B-2における各ロボットに停止指示を出す位置の決め方について述べる。手順B-1で予測した位置で停止指示を出してもよいし、予測した位置の少し先の位置で停止指示を出してもよい。停止指示位置を予測した位置の少し先の位置にすることで、予測にずれがあったとしても、各ロボットが停止や減速をせずに済むようにできることがある(各ロボットが止まるまでの猶予が長くなる)。グラフ構造の上で各ロボットが動くような環境では、予測した位置の次の頂点で停止指示を出す方法もある。
あるロボットの新しい経路計画が別のロボットの古い経路計画と干渉する場合、つまり、あるロボットの新しい経路計画の経路が、別のロボットの古い経路計画の経路と重なっている場合、依存関係(干渉する経路に関して、どういう順番で各ロボットを移動させるか)を考慮して新しい経路計画を始めないと、複数のロボット同士が衝突やデッドロックする可能性がある。
(パターン1)あるロボット(例えばロボット2)の新しい経路計画が、別のロボット(例えばロボット1)の古い経路計画に干渉している場合、その干渉する計画の移動が終了してから新しい経路計画の移動を開始する。
(パターン2)あるロボット(例えばロボット2)の新しい経路計画が、別のロボット(例えばロボット1)の古い経路計画に干渉している場合、計画のどの位置で干渉しているかを検出し、新しい経路計画による移動は、干渉している位置の手前に着いたら一時停止し、古い経路計画の干渉する位置における別のロボットの移動が完了し次第、新しい経路計画によるあるロボットの移動を再開する。
探索に時間がかかりすぎてタイムアウトする、もしくは探索の解が無い場合、経路探索(手順B-3)は失敗する。失敗した場合は、手順B-2で出した停止指示を全てキャンセルすることで、再計画がキャンセルされる。キャンセルされた場合は、各ロボットは古い経路計画に従ってそのまま移動する。
動的障害物によってあるロボットが手順B-2で指示した停止指示位置にたどり着けない場合、いつまで経っても手順B-4で新しい経路計画の移動を開始することができない。この場合、何らかの形で停止指示位置にたどり着けないことを検知し、検知された場合は、停止指示位置にたどり着けないロボットをその場で止め、止まった位置をスタート地点として再計画をやり直す。停止指示位置にたどり着けないことを検知する方法には以下のパターンがある。
・各ロボットが超音波センサなどの情報を使って検知し、経路計画装置に通知する。
・環境の地図の変化から判断する。環境の地図にはグリッドマップやトポロジカルマップがある。なお、地図の変化は各ロボットのセンサ情報を元に検出される。
(ステップ1)T秒後の各ロボットの位置を予測する。
(ステップ2)ステップ1で予測した位置付近で各ロボットが止まるように指示する。
(ステップ3)ステップ2で止まるように指示した位置をスタート地点として経路探索を行う。
(ステップ4)あるロボットが動的障害物によって、ステップ2で止まるように指示した位置にたどり着けないことを検知する。以下のステップでは、検知したロボットをロボットAとする。
(ステップ5)ロボットAをその場で停止させる。
(ステップ6)ステップ3まで行っていた再計画のフローは中止する。各ロボットに出していた停止指示はキャンセルする。
(ステップ7)再びT秒後の各ロボットの位置を予測する。ただし、ロボットAに関してはT秒後もその場にいるように予測する。
(ステップ8)ステップ7で予測した位置付近で各ロボットが止まるように指示する。
(ステップ9)ステップ8で止まるように指示した位置をスタート地点として経路探索を行う。このとき、環境の地図が動的障害物を反映して更新されていれば、動的障害物によってふさがれた経路は通らないように計画する。
(ステップ10)ステップ8で止まるように指示した位置に到着し次第、古い移動指示を破棄し、新しい経路計画を元に各ロボットに移動指示を出す。
次に、本開示の技術の特徴を生かしたユーザインタフェースについて述べる。
図12は、第1の実施の形態に係る経路計画装置100を適用したシステムの一例を概略的に示している。
以上説明したように、第1の実施の形態に係る経路計画装置100によれば、再計画を行う際には、未来のロボット位置を予測して、それを元に各ロボットに停止指示を出す。各ロボットが動いている間に経路探索を行い、各ロボットが止まる前に解が出た場合は、停止指示をキャンセルして、新しい経路計画に基づいた移動指示に移行する。その際に、古い経路計画との干渉を考慮して、新しい経路計画の移動を開始するタイミングを判断する。これにより、以下のような効果が得られる。
1.計画変更時に各ロボットをできるだけ止めないことによる移動効率の改善(より早くゴール地点に着くようになる)や省電力化が可能になる。
2.計画変更に起因する衝突やデッドロックは起きないようにすることができる。
3.再計画の頻度が大きくなっても、移動効率のロスが少ないため、より多くのロボット台数で全体最適化アルゴリズムを使って運用することができる、また、動的障害物の多い環境でも運用することができる。
本開示による技術は、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
以下の構成の本技術によれば、第1の経路計画に従って移動している複数の移動体の所定時間経過後の位置を予測し、複数の移動体のうち少なくとも1つが第1の経路計画に従って移動している期間内に、予測した結果に基づいて複数の移動体の経路の再計画を行って第2の経路計画を生成する。これにより、複数の移動体の経路の効率的な再計画を行うことが可能となる。
第1の経路計画に従って移動している複数の移動体の所定時間経過後の位置を予測する位置予測部と、
前記複数の移動体のうち少なくとも1つが前記第1の経路計画に従って移動している期間内に、前記予測部の予測結果に基づいて前記複数の移動体の経路の再計画を行って第2の経路計画を生成し、前記複数の移動体のそれぞれに対する前記第2の経路計画に基づく移動指示を出力する経路計画部と
を備える
経路計画装置。
(2)
前記予測部の予測結果に基づいて、前記複数の移動体のそれぞれに対する停止指示位置を決定し、前記複数の移動体のそれぞれに対する停止指示を出力する停止位置決定部、
をさらに備える
上記(1)に記載の経路計画装置。
(3)
前記停止位置決定部は、前記複数の移動体のうち前記所定時間経過後に移動していない移動体に対しては前記停止指示を出力しない
上記(2)に記載の経路計画装置。
(4)
前記経路計画部は、前記停止指示位置をスタート地点として前記複数の移動体の経路探索を行う
上記(2)または(3)に記載の経路計画装置。
(5)
前記複数の移動体のうち、前記経路計画部による前記経路探索の終了時点において、前記停止指示位置に到着していない移動体がある場合、前記停止指示位置に到着していない移動体に対して、前記停止指示の取り消しを行った後、前記第2の経路計画に基づく移動指示を出力する制御部、
をさらに備える
上記(4)に記載の経路計画装置。
(6)
前記第1の経路計画に基づく第1の移動体の経路と前記第2の経路計画に基づく第2の移動体の経路との干渉を考慮して、前記第2の移動体に対する移動指示を出力する制御部、
をさらに備える
上記(1)ないし(5)のいずれか1つに記載の経路計画装置。
(7)
前記制御部は、前記第1の経路計画に基づく前記第1の移動体の経路と前記第2の経路計画に基づく前記第2の移動体の経路とに干渉が生じる場合、前記第1の経路計画に基づく前記第1の移動体の移動が終了した後、前記第2の移動体に対して前記第2の経路計画に基づく前記移動指示を出力する
上記(6)に記載の経路計画装置。
(8)
前記制御部は、前記第1の経路計画に基づく前記第1の移動体の経路と前記第2の経路計画に基づく前記第2の移動体の経路とに干渉が生じる場合、干渉が生じる位置の手前で前記第2の経路計画に基づく前記第2の移動体の移動を一時停止させ、前記干渉が生じる位置への前記第1の移動体の移動が完了した後、前記第2の移動体の移動を再開させる
上記(6)に記載の経路計画装置。
(9)
前記経路計画部による前記経路探索中に、前記第1の経路計画の経路を、前記停止指示位置よりも前の経路と、前記停止指示位置よりも後の経路とを区別可能な態様で表示する表示部、
をさらに備える
上記(4)または(5)に記載の経路計画装置。
(10)
前記表示部は、前記第2の経路計画が確定した後は、前記停止指示位置と、前記第2の経路計画の経路とを表示する
上記(9)に記載の経路計画装置。
(11)
第1の経路計画に従って移動している複数の移動体の所定時間経過後の位置を予測することと、
前記複数の移動体のうち少なくとも1つが前記第1の経路計画に従って移動している期間内に、前記予測した結果に基づいて前記複数の移動体の経路の再計画を行って第2の経路計画を生成し、前記複数の移動体のそれぞれに対する前記第2の経路計画に基づく移動指示を出力することと、
を含む
経路計画方法。
(12)
第1の経路計画に従って移動している複数の移動体の所定時間経過後の位置を予測することと、
前記複数の移動体のうち少なくとも1つが前記第1の経路計画に従って移動している期間内に、前記予測した結果に基づいて前記複数の移動体の経路の再計画を行って第2の経路計画を生成し、前記複数の移動体のそれぞれに対する前記第2の経路計画に基づく移動指示を出力することと、
を含む処理をコンピュータに実行させる
プログラム。
Claims (12)
- 第1の経路計画に従って移動している複数の移動体の所定時間経過後の位置を予測する位置予測部と、
前記複数の移動体のうち少なくとも1つが前記第1の経路計画に従って移動している期間内に、前記予測部の予測結果に基づいて前記複数の移動体の経路の再計画を行って第2の経路計画を生成し、前記複数の移動体のそれぞれに対する前記第2の経路計画に基づく移動指示を出力する経路計画部と
を備える
経路計画装置。 - 前記予測部の予測結果に基づいて、前記複数の移動体のそれぞれに対する停止指示位置を決定し、前記複数の移動体のそれぞれに対する停止指示を出力する停止位置決定部、
をさらに備える
請求項1に記載の経路計画装置。 - 前記停止位置決定部は、前記複数の移動体のうち前記所定時間経過後に移動していない移動体に対しては前記停止指示を出力しない
請求項2に記載の経路計画装置。 - 前記経路計画部は、前記停止指示位置をスタート地点として前記複数の移動体の経路探索を行う
請求項2に記載の経路計画装置。 - 前記複数の移動体のうち、前記経路計画部による前記経路探索の終了時点において、前記停止指示位置に到着していない移動体がある場合、前記停止指示位置に到着していない移動体に対して、前記停止指示の取り消しを行った後、前記第2の経路計画に基づく移動指示を出力する制御部、
をさらに備える
請求項4に記載の経路計画装置。 - 前記第1の経路計画に基づく第1の移動体の経路と前記第2の経路計画に基づく第2の移動体の経路との干渉を考慮して、前記第2の移動体に対する移動指示を出力する制御部、
をさらに備える
請求項1に記載の経路計画装置。 - 前記制御部は、前記第1の経路計画に基づく前記第1の移動体の経路と前記第2の経路計画に基づく前記第2の移動体の経路とに干渉が生じる場合、前記第1の経路計画に基づく前記第1の移動体の移動が終了した後、前記第2の移動体に対して前記第2の経路計画に基づく前記移動指示を出力する
請求項6に記載の経路計画装置。 - 前記制御部は、前記第1の経路計画に基づく前記第1の移動体の経路と前記第2の経路計画に基づく前記第2の移動体の経路とに干渉が生じる場合、干渉が生じる位置の手前で前記第2の経路計画に基づく前記第2の移動体の移動を一時停止させ、前記干渉が生じる位置への前記第1の移動体の移動が完了した後、前記第2の移動体の移動を再開させる
請求項6に記載の経路計画装置。 - 前記経路計画部による前記経路探索中に、前記第1の経路計画の経路を、前記停止指示位置よりも前の経路と、前記停止指示位置よりも後の経路とを区別可能な態様で表示する表示部、
をさらに備える
請求項4に記載の経路計画装置。 - 前記表示部は、前記第2の経路計画が確定した後は、前記停止指示位置と、前記第2の経路計画の経路とを表示する
請求項9に記載の経路計画装置。 - 第1の経路計画に従って移動している複数の移動体の所定時間経過後の位置を予測することと、
前記複数の移動体のうち少なくとも1つが前記第1の経路計画に従って移動している期間内に、前記予測した結果に基づいて前記複数の移動体の経路の再計画を行って第2の経路計画を生成し、前記複数の移動体のそれぞれに対する前記第2の経路計画に基づく移動指示を出力することと、
を含む
経路計画方法。 - 第1の経路計画に従って移動している複数の移動体の所定時間経過後の位置を予測することと、
前記複数の移動体のうち少なくとも1つが前記第1の経路計画に従って移動している期間内に、前記予測した結果に基づいて前記複数の移動体の経路の再計画を行って第2の経路計画を生成し、前記複数の移動体のそれぞれに対する前記第2の経路計画に基づく移動指示を出力することと、
を含む処理をコンピュータに実行させる
プログラム。
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