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技術 自律移動装置及び自律移動装置の制御方法

出願人 株式会社IHI株式会社IHIエアロスペース
発明者 前田宗彦
出願日 2008年6月5日 (12年4ヶ月経過) 出願番号 2008-148335
公開日 2009年12月17日 (10年10ヶ月経過) 公開番号 2009-294934
状態 特許登録済
技術分野 移動体の位置、進路、高度又は姿勢の制御
主要キーワード 制動速度 領域検出モジュール 未計測領域 自己位置計測 制御応答速度 ハンドルアクチュエータ 速度計画 計測角度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年12月17日)のものです。
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図面 (16)

課題

自律移動装置において、装置構成を複雑化、大型化することなく、壁などによる未計測領域死角)が存在し不用意未知移動障害物が飛び出し得る領域を移動する場合において、信号や標識、横断歩道などの設置の有無に拘わらず、出会い頭衝突自律的に回避することができるようにする。

解決手段

無人車1に搭載され周囲の固定障害物及び移動障害物の有無を計測するセンサ3と、センサ3による計測結果に基づいて固定障害物102のない移動可能領域103を検出して移動可能領域103内において無人車1を移動させるとともに移動障害物101を検出し移動障害物101との衝突を回避させる制御手段2とを備え、障害物101,102による未計測領域104と移動可能領域103とが接する境界105を検出し、この境界105と移動予定路106との間の距離が所定の距離未満である場合には、境界105と移動予定路106との間の距離が所定の距離以上となるまで、無人車1を減速、または、停止させる。

概要

背景

従来、制御装置を搭載し、この制御装置によって制御されて自律移動を行う自律移動装置が提案されている。この自律移動装置は、予め地図情報に対応されて指定された移動ルート上を移動し、または、移動ルートを指定する遠隔操作信号に基づいて、指定された移動ルート上を移動する。

このような自律移動装置における制御装置は、自律移動装置を目的地に到達させるために、外界障害物の有無をセンサにより計測し、移動の可否を判断して、移動ルートを修正する。すなわち、制御装置は、指定された移動ルートを辿りつつも、移動ルート上に障害物が存在する場合には、この障害物を回避するために一旦は指定された移動ルートを外れ、障害物を回避した後に、指定された移動ルートに戻るという制御を行う。

このような自律移動装置において、移動ルート上の障害物の有無を計測するには、レーザレンジファインダ(LRF)やステレオカメラなどのセンサを用い、これらセンサから得られる情報から形状情報を得て、障害物の有無を判定している。これにより、障害物を回避しながらの自律移動が可能となる。

ところで、乗用車など人が運転する装置においては、見通しの悪い交差点などを通過するときには、運転者は、まず、見通しの悪い箇所があることを認識し、次に、一旦停止をするなどして見通しを確保し、他の装置などの移動障害物がないことを確認してから、移動を再開するようにしている。また、そのような道路においては、一般的に、信号や一旦停止などの標識が存在し、運転者は、これらに従って運転することにより安全を確保している。

自律移動装置においては、センサの計測範囲内に移動障害物が存在する場合には、自動的に移動障害物を追跡し、移動障害物の移動経路を先読みして、未然に衝突を回避している。しかし、自律移動装置は、交差点など見通しの悪い場所においては、見通しの悪い箇所があることを認識することができないので、一旦停止をするなど見通しを確保する動作をとることができず、移動障害物の有無を十分に確認することができない。また、自律移動装置は、信号や一旦停止などの標識を認識することができない。

このような交差点などにおける衝突回避動作を実現するための技術として、例えば、特許文献1には、GPS情報と地図情報とに基づき、また、ウインカの動作や横断歩道の有無などを検出して、自動的に交差点及び移動障害物の存在可能性を推定する技術が記載されている。

また、特許文献2には、歩行者等移動障害物に予め発信機を取り付けておき、この発信機が発する信号を自律移動装置において検出することにより、見通しの悪い領域での安全を確保する技術が記載されている。

特許3617307号公報
特開平11−232569号公報

概要

自律移動装置において、装置構成を複雑化、大型化することなく、壁などによる未計測領域死角)が存在し不用意未知の移動障害物が飛び出し得る領域を移動する場合において、信号や標識、横断歩道などの設置の有無に拘わらず、出会い頭の衝突を自律的に回避することができるようにする。無人車1に搭載され周囲の固定障害物及び移動障害物の有無を計測するセンサ3と、センサ3による計測結果に基づいて固定障害物102のない移動可能領域103を検出して移動可能領域103内において無人車1を移動させるとともに移動障害物101を検出し移動障害物101との衝突を回避させる制御手段2とを備え、障害物101,102による未計測領域104と移動可能領域103とが接する境界105を検出し、この境界105と移動予定路106との間の距離が所定の距離未満である場合には、境界105と移動予定路106との間の距離が所定の距離以上となるまで、無人車1を減速、または、停止させる。

目的

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、自律移動装置及び自律移動装置の制御方法であって、壁などによる未計測領域(死角)が存在し不用意に未知の移動障害物が飛び出し得る領域を移動する場合において、装置構成を複雑化、大型化することなく、信号や標識、横断歩道などの設置の有無に拘わらず、出会い頭の衝突を自律的に回避することができる自律移動装置及び自律移動装置の制御方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

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請求項1

移動可能となされた無人移動装置と、前記無人移動装置に搭載され、この無人移動装置の周囲の固定障害物及び移動障害物の有無を計測するセンサと、前記無人移動装置に搭載され、前記センサによる計測結果に基づいて前記固定障害物のない移動可能領域を検出して、この移動可能領域内において前記無人移動装置の移動予定路を決定し、前記無人移動装置を制御して前記移動予定路上を移動させるとともに、前記センサによる計測結果に基づいて前記移動障害物を検出して、この移動障害物の移動経路予測して該移動障害物との衝突を回避させる制御手段とを備え、前記制御手段は、前記固定障害物、または、前記移動障害物による未計測領域と前記移動可能領域とが接する境界を検出し、この境界と前記無人移動装置の移動予定路との間の距離が所定の距離未満である場合には、前記境界と前記無人移動装置の移動予定路との間の距離が所定の距離以上となるまで、前記無人移動装置を減速、または、停止させることを特徴とする自律移動装置

請求項2

移動可能な無人移動装置に搭載され周囲の固定障害物及び移動障害物の有無を計測するセンサによる計測結果に基づいて、前記無人移動装置の移動を制御する自律移動装置の制御方法であって、前記センサによる計測結果に基づいて前記固定障害物のない移動可能領域を検出し、この移動可能領域内において前記無人移動装置の移動予定路を決定し、前記センサによる計測結果に基づいて前記移動障害物を検出して、この移動障害物の移動経路を予測し、前記無人移動装置を制御して、前記移動障害物との衝突を回避させつつ、前記移動予定路上を移動させ、前記固定障害物、または、前記移動障害物による未計測領域と前記移動可能領域とが接する境界を検出し、この境界と前記無人移動装置の移動予定路との間の距離が所定の距離未満である場合には、前記境界と前記無人移動装置の移動予定路との間の距離が所定の距離以上となるまで、前記無人移動装置を減速、または、停止させることを特徴とする自律移動装置の制御方法。

技術分野

0001

本発明は、制御装置を搭載し制御装置によって制御されて自律移動を行う自律移動装置及びこのような自律移動装置の制御方法に関する。

背景技術

0002

従来、制御装置を搭載し、この制御装置によって制御されて自律移動を行う自律移動装置が提案されている。この自律移動装置は、予め地図情報に対応されて指定された移動ルート上を移動し、または、移動ルートを指定する遠隔操作信号に基づいて、指定された移動ルート上を移動する。

0003

このような自律移動装置における制御装置は、自律移動装置を目的地に到達させるために、外界障害物の有無をセンサにより計測し、移動の可否を判断して、移動ルートを修正する。すなわち、制御装置は、指定された移動ルートを辿りつつも、移動ルート上に障害物が存在する場合には、この障害物を回避するために一旦は指定された移動ルートを外れ、障害物を回避した後に、指定された移動ルートに戻るという制御を行う。

0004

このような自律移動装置において、移動ルート上の障害物の有無を計測するには、レーザレンジファインダ(LRF)やステレオカメラなどのセンサを用い、これらセンサから得られる情報から形状情報を得て、障害物の有無を判定している。これにより、障害物を回避しながらの自律移動が可能となる。

0005

ところで、乗用車など人が運転する装置においては、見通しの悪い交差点などを通過するときには、運転者は、まず、見通しの悪い箇所があることを認識し、次に、一旦停止をするなどして見通しを確保し、他の装置などの移動障害物がないことを確認してから、移動を再開するようにしている。また、そのような道路においては、一般的に、信号や一旦停止などの標識が存在し、運転者は、これらに従って運転することにより安全を確保している。

0006

自律移動装置においては、センサの計測範囲内に移動障害物が存在する場合には、自動的に移動障害物を追跡し、移動障害物の移動経路を先読みして、未然に衝突を回避している。しかし、自律移動装置は、交差点など見通しの悪い場所においては、見通しの悪い箇所があることを認識することができないので、一旦停止をするなど見通しを確保する動作をとることができず、移動障害物の有無を十分に確認することができない。また、自律移動装置は、信号や一旦停止などの標識を認識することができない。

0007

このような交差点などにおける衝突回避動作を実現するための技術として、例えば、特許文献1には、GPS情報と地図情報とに基づき、また、ウインカの動作や横断歩道の有無などを検出して、自動的に交差点及び移動障害物の存在可能性を推定する技術が記載されている。

0008

また、特許文献2には、歩行者等移動障害物に予め発信機を取り付けておき、この発信機が発する信号を自律移動装置において検出することにより、見通しの悪い領域での安全を確保する技術が記載されている。

0009

特許3617307号公報
特開平11−232569号公報

発明が解決しようとする課題

0010

従来の自律移動装置における移動障害物回避方法は、全ての移動障害物がセンサの計測範囲内に存在している必要がある。したがって、従来の自律移動装置は、死角から飛び出す移動障害物には対処することができなかった。

0011

そして、交差点などにおける衝突回避動作を実現するための従来の技術を自律移動装置に適用する場合には、以下の問題点が考えられる。

0012

すなわち、信号や標識などを認識できるようにするため、これら信号等を自動的に検出するには、画像処理などを行うための専用の検出装置が必要となり、装置構成が複雑化、大型化してしまう。

0013

また、信号や標識などが認識できても、信号や標識が設置されていない道路や環境においては、衝突の危険を回避することができない。

0014

また、特許文献1に記載されているように、GPS情報及び地図情報を用いる技術においては、路上に駐車された車輌の陰など、既知情報にはない見通しの悪い箇所に存在する移動障害物については、衝突の危険を回避することができない。また、横断歩道などを検出することにより交差点を検出するようにしても、横断歩道などが設けられていない道路においては、衝突の危険を回避することができない。

0015

さらに、特許文献2に記載されているように、移動障害物に発信機を取り付ける技術においては、全ての移動障害物に発信機を取り付ける必要があり、任意の環境において実行できるものではない。

0016

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、自律移動装置及び自律移動装置の制御方法であって、壁などによる未計測領域(死角)が存在し不用意未知の移動障害物が飛び出し得る領域を移動する場合において、装置構成を複雑化、大型化することなく、信号や標識、横断歩道などの設置の有無に拘わらず、出会い頭の衝突を自律的に回避することができる自律移動装置及び自律移動装置の制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0017

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

0018

〔構成1〕
本発明に係る自律移動装置は、移動可能となされた無人車と、無人車に搭載されこの無人車の周囲の固定障害物及び移動障害物の有無を計測するセンサと、無人車に搭載されセンサによる計測結果に基づいて固定障害物のない移動可能領域を検出してこの移動可能領域内において無人車の移動予定路を決定し無人車を制御して移動予定路上を移動させるとともにセンサによる計測結果に基づいて移動障害物を検出してこの移動障害物の移動経路を予測して該移動障害物との衝突を回避させる制御手段とを備え、制御手段は、固定障害物、または、移動障害物による未計測領域と移動可能領域とが接する境界を検出し、この境界と無人車の移動予定路との間の距離が所定の距離未満である場合には、境界と無人車の移動予定路との間の距離が所定の距離以上となるまで、無人車を減速、または、停止させることを特徴とするものである。

0019

〔構成2〕
本発明に係る自律移動装置の制御方法は、移動可能な無人車に搭載され周囲の固定障害物及び移動障害物の有無を計測するセンサによる計測結果に基づいて無人車の移動を制御する自律移動装置の制御方法であって、センサによる計測結果に基づいて固定障害物のない移動可能領域を検出し、この移動可能領域内において無人車の移動予定路を決定し、センサによる計測結果に基づいて移動障害物を検出して、この移動障害物の移動経路を予測し、無人車を制御して移動障害物との衝突を回避させつつ移動予定路上を移動させ、固定障害物、または、移動障害物による未計測領域と移動可能領域とが接する境界を検出し、この境界と無人車の移動予定路との間の距離が所定の距離未満である場合には、境界と無人車の移動予定路との間の距離が所定の距離以上となるまで、無人車を減速、または、停止させることを特徴とするものである。

発明の効果

0020

構成1を有する本発明に係る自律移動装置においては、制御手段は、固定障害物、または、移動障害物による未計測領域と移動可能領域とが接する境界を検出し、この境界と無人車の移動予定路との間の距離が所定の距離未満である場合には、境界と無人車の移動予定路との間の距離が所定の距離以上となるまで、無人車を減速、または、停止させるので、未計測領域(死角)が存在し、不用意に移動障害物の飛び出しが発生するような領域を移動する場合においても、出会い頭の衝突を自律的に回避することが可能である。

0021

したがって、この自律移動装置は、移動障害物の飛び出しの可能性の無い領域においては高速で移動し、飛び出しの可能性のある領域においては、減速することにより、確実に衝突を回避することが可能である。

0022

構成2を有する本発明に係る自律移動装置の制御方法においては、固定障害物、または、移動障害物による未計測領域と移動可能領域とが接する境界を検出し、この境界と無人車の移動予定路との間の距離が所定の距離未満である場合には、境界と無人車の移動予定路との間の距離が所定の距離以上となるまで、無人車を減速、または、停止させるので、未計測領域(死角)が存在し、不用意に移動障害物の飛び出しが発生するような領域を移動させる場合においても、出会い頭の衝突を自律的に回避させることが可能である。

0023

したがって、この自律移動装置の制御方法によれば、移動障害物の飛び出しの可能性の無い領域においては高速で移動させ、飛び出しの可能性のある領域においては、減速させることにより、確実に衝突を回避させることが可能である。

0024

すなわち、本発明は、自律移動装置及び自律移動装置の制御方法であって、壁などによる未計測領域(死角)が存在し不用意に未知の移動障害物が飛び出し得る領域を移動する場合において、装置構成を複雑化、大型化することなく、信号や標識、横断歩道などの設置の有無に拘わらず、出会い頭の衝突を自律的に回避することができる自律移動装置及び自律移動装置の制御方法を提供することができるものである。

発明を実施するための最良の形態

0025

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

0026

〔自律移動装置の構成〕
図1は、本発明に係る自律移動装置の外観構成を示す側面図である。

0027

この自律移動装置は、図1に示すように、移動可能となされた無人車(UGV)1と、この無人車1に搭載された制御手段(自律制御コンピュ−タ)2とを備えている。無人車1は、制御手段2によって制御される。この制御手段2は、地図情報に基づいて、無人車1の自律移動を可能とする。

0028

無人車1には、周囲の固定障害物及び移動障害物を計測するセンサ3、自己位置計測のためのGPS受信装置4、オドメータ姿勢計測のためのバーチカルジャイロ等が搭載されている。センサ3としては、例えば、レーザレンジファインダ(LRF)や、測距センサとなるステレオカメラなどを用いることができる。

0029

図2は、本発明に係る自律移動装置における制御ハードウェア構成を示すブロック図である。

0030

この自律移動装置の制御手段2は、センサデータ入力コンピュータ2a、移動可否領域判定地図生成コンピュータ2b及び機体制御処理コンピュータ2cからなる。各コンピュータ2a,2b,2cは、LAN10で接続されており、それぞれの処理結果の通信を行う。

0031

この制御手段2のセンサデータ入力コンピュータ2aには、外界計測デバイス5及び自己位置計測デバイス6からのデータが、I/Oバスデータバス)8を通じて入力される。移動可否領域判定/地図生成コンピュータ2bは、センサデータ入力コンピュータ2aに入力されたデータ及び地図情報に基づき、予め設定された移動ルートの移動が可能か否かを判定する。機体制御処理コンピュータ2cは、I/Oバス9を通じて、モータドライバやD/Aコンバータに接続され、ハンドルアクチュエータ及びブレーキアクセルバイワイヤ等からなる車体制御デバイス7を制御して、無人車1の移動の制御を行う。

0032

図3は、本発明に係る自律移動装置における制御ソフトウェア構成を示すブロック図である。

0033

この自律移動装置の制御手段2における制御ソフトウェア構成においては、複数のセンサデータI/Oモジュール、すなわち、LRFデータI/Oモジュール11、自己位置データI/Oモジュール12及び機体制御I/Oモジュール13を有している。これらセンサデータI/Oモジュールにおいては、レーザレンジファインダ(LRF)については座標変換自己位置についてはデータ統合などの前処理を行う。自己位置情報生成モジュール14は、無人車1の自己位置の情報を生成する。障害物検出モジュール19は、LRFデータI/Oモジュール11からのセンサデータに基づいて、周囲の固定障害物及び移動障害物の有無を計測し、障害物/移動可能領域情報を生成して、地図生成モジュール15に送る。

0034

そして、地図生成モジュール15は、移動しながら得られたレーザレンジファインダ(LRF)からのデータに基づく移動可否情報を、一枚の格子状の地図上にマッピングし、障害物/移動可能領域/未計測領域を示す地図を生成する。

0035

移動経路生成モジュール17は、作成した地図に基づいて、移動予定経路106を生成する。飛び出し領域検出モジュール18は、移動可能領域と未計測領域との境界、すなわち、「飛び出し領域」を検出し、この「飛び出し領域」と移動予定経路106との距離を検出する。また、機体制御モジュール16は、決定された移動予定経路106に沿った移動を行うため、各アクチュエータの動作量を決定し、ハンドル角度車速を機体制御I/Oモジュール13に指示する。

0036

〔自律移動装置の動作〕
図4は、本発明に係る自律移動装置の移動障害物が存在する場合の移動状態を示す平面図である。

0037

図4に示すように、本発明に係る自律移動装置に設けられたセンサ3は、LRFやステレオカメラ等、測距が可能なセンサであって、所定の計測範囲角度範囲及び距離により特定される領域)内の固定障害物及び移動障害物の有無を検出する。

0038

この自律移動装置は、センサ計測範囲に移動障害物101が入ると、この移動障害物101の位置及び移動方向を検出し、この検出結果に基づいて、移動障害物101との衝突を回避するための旋回制動制御を行うようになっている。

0039

図5は、壁に囲まれた道における交差点のような、見通しの悪い状況を示す平面図である。

0040

図5に示すように、壁102に囲まれた道における交差点のような見通しの悪い状況においては、本来ならばセンサ計測範囲内(所定の角度範囲内及び所定の距離内)となる位置に移動障害物101が存在しても、固定障害物(壁など)102など見通しを遮る物体が存在することにより、センサ3に死角が発生し、移動障害物101の検出が不可能となる。

0041

図6は、見通しの悪い状況におけるセンサによる計測状態を示す平面図である。

0042

図6に示すように、壁102などは、固定障害物として検出可能であり、自律移動装置は、これら固定障害物を避けながら移動可能領域を移動する。交差点内は、移動可能領域103として検出されているため、従来の自律移動装置は、旋回や制動を行うことなく交差点内に進入する。このとき、交差点内において、移動障害物101と衝突する虞がある。

0043

図7は、見通しの悪い状況における自律制御の移動制御に使用する地図の例を示す平面図である。

0044

すなわち、従来の自律移動装置は、図7に示すように、センサ計測結果を逐次判断し、移動可能領域103と固定障害物102との区別を行い、移動可能領域を連続的に繋ぐ移動予定経路106を自動的に生成し、この経路上を移動する。

0045

図8は、飛び出しの可能性のある領域の検出原理を示す平面図である。

0046

センサ計測結果から作成される地図上においては、図8に示すように、移動可能領域103と未計測領域104とが接する境界105が存在する。これは、見通しを遮る固定障害物102が存在することにより発生する。これら境界105においては、未計測領域104の方向に、移動可能領域103が広がっている可能性がある。移動可能領域103は、移動障害物101にとっても移動可能な領域であるため、これら未計測領域104を移動する移動障害物101が存在する可能性がある。

0047

しかし、自律移動装置のセンサ3からは、固定障害物102に遮られた移動可能領域103に存在する移動障害物101を計測することができない。

0048

したがって、移動可能領域103と未計測領域104とが接する境界105を検出することにより、飛び出しの可能性がある領域を自動的に検出することが可能となる。

0049

図9中の(a)は、飛び出しの可能性がある領域の検出手法を示す平面図であり、図9中の(b)は、実際に検出された地図を示す平面図である。

0050

この自律移動装置においては、図9中の(a)に示すように、地図上において移動予定経路106上の任意の点(p0,p1,・・・pi)から直角方向に、地図上の属性を評価する。このとき、移動可能領域103から未計測領域104に変化する箇所(境界105)が発見された場合には、その探索の開始位置(p0,p1,・・・pi)を記憶する。

0051

このとき、道幅が広い場合など、探索開始位置から境界105までの距離が十分に大きい場合がある。この場合には、その距離と移動障害物101の一般的な移動速度を考慮して、移動障害物101が未計測領域104から飛び出した後に通常の衝突回避動作ができる余裕のある距離と判断されれば、以下に述べる衝突回避処理は行わない。

0052

このような検索の終了後、記憶された移動予定経路106上の探索開始位置が、飛び出し可能性のある飛び出し可能性区間106aとなる。

0053

なお、センサ3の水平方向の計測角度範囲が180°より少ない場合には、自律移動装置の近傍の領域においては、固定障害物102が存在しなくとも、移動可能領域103と未計測領域104とが接する境界105が発生する。このような境界105を無視するため、自律移動装置からの距離が所定の距離以下である近傍領域においては、境界105の検出処理を行わない。このような近傍領域の範囲は、センサ3の計測角度範囲や道幅、移動障害物101の想定される速度等に基づいて決定する。

0054

また、移動予定経路106が曲線状であっても、前述したように、移動予定経路106から直角方向への探索が可能である。ただし、円弧の外側は検索密度が疎になるため、この場合には、適宜遠方になるにつれ探索幅を広げるなどの処理を行うとよい。

0055

実際のセンサを用いる場合には、図9中の(a)に示すような密な地図が得られない場合がある。この場合には、障害物領域を保持しながら、メディアンフィルタモルフォロジー処理により、島状の未計測領域やノイズを除去することが可能であり、図9中の(b)に示すように、実用上問題のない地図が得られる。なお、図9中の(b)においては、黒色部分が障害物領域(路肩)、白色部分が移動可能領域103を示している。

0056

図10は、飛び出し発生区間を検出した後の本発明に係る自律移動装置の制御を示す平面図である。

0057

この自律移動装置は、図10に示すように、移動予定経路106上に、飛び出し可能性のある飛び出し可能性区間106aが発生した場合には、車体からみて飛び出し可能性区間106aが始まる位置までに、減速、または、停止できるように制動を行う。

0058

図11は、本発明に係る自律移動装置が飛び出し可能性区間に近づいたときの様子を示す平面図である。

0059

本発明に係る自律移動装置は、図11に示すように、飛び出し可能性区間106aに近づくと、減速、または、停止するため、他の移動障害物101に自ら衝突することはない。飛び出し可能性区間106aに近づくにつれ、死角は少なくなり、より広い領域を計測することができるようになる。

0060

なお、センサ3の計測角度範囲が180°より狭い場合には、センサ3のパン制御などにより、くまなく計測を行うようにしてもよい。このとき、自律移動装置は、減速、または、停止しているので、計測に時間がかかっても問題とならない。

0061

移動障害物101を検出した場合には、停止状態を続ける。移動障害物101が存在しない場合には、当初の速度に復帰しで、移動予定経路106に沿った移動を再開する。

0062

図12は、本発明に係る自律移動装置がブラインドコーナー(曲がった隧道など)を通過する状態を示す平面図である。

0063

本発明に係る自律移動装置がブラインドコーナー(曲がった隧道など)を通過する場合には、図12に示すように、交差点などに比較して、飛び出し可能性区間106aは進行方向について奥まった部分となる。また、カーブにおいては、自律移動装置の進行につれて、逐次死角が減少していくため、飛び出し可能性区間106aを目標に制動制御を開始することにより、おのずと衝突回避が可能となる。

0064

図13は、飛び出し可能性区間を探索する動作を示すフローチャートである。

0065

この自律移動装置の制御手段2は、図13に示すように、ステップst1において動作を開始し、ステップst2に進むと、図9中の(a)に示したように、移動予定経路106上の探索開始位置(p0,p1,・・・pi)を定義する。このとき、p0は、自律移動装置の前方の直近位置とする。これは、自律移動装置が飛び出し可能性区間106aに接近して減速、または、停止したときに、センサ3の計測範囲を180°とし、高速移動時には、過去に計測して保持されたデータに基づく地図を利用するためである。すなわち、過去に計測したデータを保持しておけば、センサ3の計測範囲が180°以下であっても、図9中の(b)に示したように、自律移動装置の近傍位置まで計測結果が存在するからである。図9中の(b)の右側に示した図は、実際に取得されたデータに基づいて作成された障害物地図であり、過去に遠方からデータを取得した地点に自律移動装置が移動するため、センサ3の計測範囲が180°でなくとも、自律移動装置の直近の位置についても地図上に計測結果が存在している。

0066

次に、ステップst3に進み、移動予定経路106の左右方向に独立して、移動可能領域103と未計測領域104との境界105を探索する。左右方向に独立して検索を行うので、左右いずれか片側のみに壁などの固定障害物102がある場合にも対応可能である。

0067

ステップst4に進み、境界105が検出されたか否かを判別し、境界105が検出されたならばステップst5に進み、境界105が検出されないならばステップst6に進む。

0068

ステップst5では、探索開始位置から、移動可能領域103と未計測領域104との境界105までの長さL及び境界105が左右いずれの側にあったかを記録し、ステップst6に進む。この長さLは、後述する処理において、自律移動装置が移動する道が十分に広いか否かの判断に用いる。

0069

ステップst6では、piが検索の終了点になったかを判別し、終了点でなければステップst7に進み、終了点であればステップst8に進む。検索の終了点とは、移動予定経路106上におけるセンサ3の計測レンジ限界点最遠点)のことである。

0070

ステップst7では、piを1つ進め(加算し)、ステップst3に戻る。すなわち、検索は、探索開始位置を逐次前方に進めながら行う。進める間隔は、想定される移動障害物101の幅をAとしたとき、その半分以下とする。移動障害物101の幅は、例えば、人なら0.5m、車輌なら1.5m程度である。

0071

ステップst8以降は、飛び出し可能性区間106aが狭い場合及び広い場合に対応するための処理である。ステップst8では、境界105の連続性チェックを開始するため、ステップst9に進む。

0072

ステップst9では、移動予定経路106の側方に境界105が検索されているかを判別し、境界105が検索されていればステップst10に進み、境界105が検索されていなければステップst13に進む。

0073

ステップst10では、境界105が検出された場所の近傍について、境界105の連続性を調べ、ステップst11に進む。

0074

ステップst11においては、探索開始位置piにおいて、移動予定経路106上に記録された移動可能領域103と未計測領域104との境界105の連続性について、移動障害物101の幅A以上の連続性(道幅)を持つか否かを判別する。境界105の連続性が移動障害物101の幅A以上である場合は、ステップst12に進み、移動障害物101の幅A以上でない場合は、移動障害物101は出てこられないと判断されるため、飛び出し可能性区間106aではないと判断して、ステップst13に進む。

0075

ステップst12では、飛び出し可能性区間106aを記録し、ステップst13に進む。

0076

ステップst13では、piが境界105の連続性チェックの終了点になったかを判別し、終了点でなければステップst14に進み、終了点であればステップst15に進んで処理を終了する。

0077

ステップst14では、piを1つ進め(加算し)、ステップst9に戻る。

0078

図14は、飛び出し可能性区間の検出モジュールの動作を示すフローチャートである。

0079

図14に示す処理は、前記図3に示した飛び出し領域検出モジュール18における処理の詳細である。この制御方法は、自律移動装置の前方に存在する移動障害物101に、自らが衝突することを避けることを目的とする処理である。自律移動装置の後方から自律移動装置より速い速度で追突されるような状況は考慮していない。

0080

図14に示すように、ステップst16において処理を開始すると、ステップst17に進み、地図及び移動予定経路106のデータを取得し、ステップst18に進む。ステップst18では、前述したように、飛び出し可能性区間106aを検索し、ステップst19に進む。

0081

ステップst19では、移動予定経路106上に飛び出し可能性区間106aが存在するか否かを判別し、飛び出し可能性区間106aが存在すればステップst20に進み、飛び出し可能性区間106aが存在しなければステップst22に進む。

0082

ステップst20においては、図13のステップst5において記録された移動予定経路106から移動可能領域103と未計測領域104との境界105までの長さLに基づいて、自律移動装置の目標速度Vdを決定し、ステップst21に進む。目標速度Vdは、所定の地点に到達するまでに減速し、その速度となるように制御するための目標値である。

0083

距離Lに基づく目標速度Vdの決定は、以下のようにして行う。すなわち、距離Lが十分に大きい場合には、移動予定経路106が飛び出し発生の可能性がある境界105から十分に離れており、飛び出しが発生した場合にも、移動障害物101が移動予定経路106に交錯するまでの時間が長い。この場合には、移動障害物101が検出された後に、旋回などにより衝突を回避することが可能であるため、速度Vdは、当初の目標速度から変化させない。これらは、自律移動装置の制御応答速度及び旋回性能、移動障害物101の速度をパラメータとして導出することが可能である。例えば、移動障害物101として50km/h(14m/sec)で移動する装置を想定すると、距離Lが30m程度あれば、飛び出しが発生しても移動予定経路106に交錯するまでの時間が約2秒あるため、その間に旋回による回避動作が可能である。

0084

距離Lが比較的短い場合、目標速度Vdは、減速もしくは徐行となる。すなわち、目標速度Vdは、移動障害物101の急な飛び出しがあった場合に、これが移動予定経路106に交錯するまでに自律移動装置が停止できる速度とする。これらは、自律移動装置の制御応答時間及びブレーキ性能、移動障害物101の速度をパラメータとして導出することが可能である。例えば、移動障害物101として50km/h(14m/sec)で移動する車輌を想定すると、距離Lが10m程度であれば、飛び出しが発生した場合に1秒以内に移動予定経路106に交錯する可能性があるため、それまでに自律移動装置が停車可能な速度、例えば、5km/h程度に減速する。

0085

距離Lが極めて短い場合、目標速度Vdを0とし、一旦停止とする。これは、自律移動装置の制御応答時間が有限であるため、移動障害物101を検出してから制動を行っても衝突する虞がある場合である。例えば、移動障害物101として50km/h(14m/sec)で移動する車輌を想定すると、距離Lが2m程度の場合は、およそ0.15秒で移動予定経路106と交錯する。このような時間においては、移動障害物101の発見後においては、制動制御の遅延などにより自律移動装置を停止させることができないため、あらかじめ停止しておく必要がある。

0086

これら目標速度Vdは、ステップst5で記録された距離Lに基づいて左右方向のそれぞれについて独立に決定されるが、安全を確保するためには、目標速度Vdが小さい方の値を採用する。

0087

図15は、目標速度決定の関数の一例を示すグラフである。

0088

目標速度Vdは、図15に示すように、距離Lが所定の下限値以下であるときは0、距離Lが所定の上限値以上であるときは減速なしと設定され、下限値と上限値との間は、距離Lに対して単調増加する関数(例えば、一次関数)として設定される。なお、これら目標速度Vdと距離Lとの関係は、自律移動装置の移動速度や制動性能、旋回性能、制御応答時間等に依存するため、必ずしもこのような一次関数で表現される関係とは限らない。

0089

ステップst21においては、ステップst20で決定された目標速度Vdに基づいて、制動速度計画を決定し、ステップst22に進む。これは、遠方までに減速すればよい場合は緩やかな制動を行い、近傍にて停止する必要がある場合には急制動を行う等を決定する処理である。

0090

ステップst22乃至ステップst24は、センサ3の計測範囲が180°以下の場合を想定した処理である。すなわち、ステップst22では、徐行(3km/h)程度の速度閾値Vlをあらかじめ設定しておき、現在の自律移動装置の移動速度が速度閾値Vl以下であるかを判別する。移動速度が速度閾値Vl以下であればステップst24に進み、移動速度が速度閾値Vl以下でなければステップst23に進む。

0091

ステップst23では、センサ3のパン動作を行わず、通常動作のまま、ステップst25に進む。

0092

ステップst24では、自律移動装置の移動速度が速度閾値Vl以下であるので、センサ3のパン動作などを行い、180°以上の計測範囲を確保して検出を行い、ステップst25に進む。自律移動装置の移動速度が速度閾値Vl以下であれば、必ずこのシーケンスが行われ、センサ3の計測範囲が180°以上となされることにより、自律移動装置の出発時や、飛び出しを想定した一旦停止時など、全ての場合において、センサ3により、180°以上の計測範囲に亘る検出が行われる。したがって、図13のステップst2に示したように、探索開始位置p0を自律移動装置の前方の直近位置としても、飛び出し可能性区間106aの検出を問題なく行うことができ、また、一旦停止後の再スタート時においても、飛び出し可能性区間106aの検出を行うことができる。

0093

ステップst25においては、移動予定経路106及び速度計画の情報を機体制御I/Oモジュール13に送り、ステップst17に戻る。

0094

なお、本発明に係る自律移動装置においては、画像処理の認識アルゴリズムが十分に高度なものであれば、カメラにより取得された画像に基づいて、前述したと同様に、飛び出し可能性区間106aを検出することが可能である。

0095

なお、前述した実施の形態においては、自律移動装置が車輌タイプの無人移動機構である場合を示しているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明における自律移動装置は、例えば、歩行タイプの無人移動機構であってもよい。

0096

また、前述した飛び出し可能性区間を探索する手法については、自律移動装置のみならず、操縦者により操縦される有人の車両に搭載することにより、操縦者に警告を発する装置として構成することも可能である。

図面の簡単な説明

0097

本発明に係る自律移動装置の外観構成を示す側面図である。
本発明に係る自律移動装置における制御ハードウェア構成を示すブロック図である。
本発明に係る自律移動装置における制御ソフトウェア構成を示すブロック図である。
本発明に係る自律移動装置の移動障害物が存在する場合の移動状態を示す平面図である。
壁に囲まれた道における交差点のような、見通しの悪い状況を示す平面図である。
見通しの悪い状況におけるセンサによる計測状態を示す平面図である。
見通しの悪い状況における自律制御の移動制御に使用する地図の例を示す平面図である。
飛び出しの可能性のある領域の検出原理を示す平面図である。
(a)は、飛び出しの可能性がある領域の検出手法を示す平面図であり、(b)は、実際に検出された地図を示す平面図である。
飛び出し発生区間を検出した後の本発明に係る自律移動装置の制御を示す平面図である。
本発明に係る自律移動装置が飛び出し可能性区間に近づいたときの様子を示す平面図である。
本発明に係る自律移動装置がブラインドコーナー(曲がった隧道など)を通過する状態を示す平面図である。
飛び出し可能性区間を探索する動作を示すフローチャートである。
飛び出し可能性区間の検出モジュールの動作を示すフローチャートである。
目標速度決定の関数の一例を示すグラフである。

符号の説明

0098

1無人車
2 制御手段
3センサ
4GPS受信装置
101移動障害物
102固定障害物
103 移動可能領域
104未計測領域
105境界
106移動予定経路
106a飛び出し可能性区間

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