(57)【要約】  本発明では、施設内や街中など歩行者、障害物などの物体が存在する環境において、自己位置推定しながら地図上の指定された基準の経路を自律走行する際に、狭路であっても広い空間であっても、常に安全性と迅速性を兼ね備えた自律移動システムの実現を課題とする。  前記経路決定手段は、前記自律移動体の現在位置から前記基準経路に追従するための追従移動方向に存在する前記障害物を回避するため、所定の通行幅を有する障害物の侵入のない通行領域として複数の移動方向について通行距離と通行幅を算出して前記追従移動方向と前記通行領域に基づき前記自律移動体の移動方向を決定し、前記速度決定手段は、前記自律移動体の制動条件と前記障害物の位置と速度に応じて、前記自律移動体が前記障害物との衝突前に停止可能な移動速度を決定するようにした。
2012164691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律移動体の周囲の環境情報を取得する環境情報取得手段と、基準経路が登録された地図情報を保持する記憶情報処理手段と、前記環境情報と前記地図情報に基づき前記自律移動体の自己位置を推定する自己位置推定手段と、前記環境情報に基づき障害物の情報を検出する障害物検出手段と、前記自己位置と前記障害物の情報と前記基準経路の情報に基づき移動方向を決定する経路決定手段と、前記障害物情報に基づき移動速度を決定する速度決定手段と、前記移動方向と前記移動速度に基づき自律移動体の移動を制御する車両制御手段とを備えた自律移動システムにおいて、
前記経路決定手段は、
前記自律移動体の現在位置から前記基準経路に追従するための追従移動方向に存在する前記障害物を回避するため、複数の移動方向について、所定の通行幅以上を有して障害物の侵入のない通行距離と通行幅からなる通行領域を算出して、前記追従移動方向と前記通行領域に基づき前記自律移動体の移動方向を決定し、
前記速度決定手段は、
前記自律移動体の制動条件と前記障害物の位置と速度に応じて、前記自律移動体が前記障害物との衝突前に停止可能な移動速度を決定することを特徴とする自律移動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の自律移動システムにおいて、
前記経路決定手段は、
前記自律移動体の位置に基づいて前記基準経路上の経路追従目標点を決定し、前記通行領域の通行可能距離を前記自律移動体が移動可能な所定の通行幅で複数の方向につき算出し、前記通行可能距離の経路追従目標点方向への長さ成分に基づいて障害物回避目標点を決定し、障害物回避目標点の方向を基準として通行幅を広げた前記通行領域を算出し、通行可能距離の変動が小さく、かつ所定の上限値を有する通行幅が広くなる方向に通行幅拡大目標点を設定して自律移動体の移動方向として決定することを特徴とする自律移動システム。
【請求項３】
請求項１に記載の自律移動システムにおいて、
前記記憶情報処理手段は、予め場所に応じて前記自律移動体の通行幅に適する値を記録し、前記経路決定手段は前記記憶情報処理手段に記録された通行幅を障害物回避目標点を決定する際の通行幅として用いることで狭路走破性を調整することを特徴とする自律移動システム。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、
前記経路決定手段は、前記障害物回避目標点を決定する際に前記自律移動体と経路追従目標点を結ぶ直線方向での通行可能距離の長さに対し、所定の係数を掛けた値により障害物回避目標点を決定することで経路追従性を調整することを特徴とする自律移動システム。
【請求項５】
請求項１または２のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、
前記経路決定手段は、前記通行幅拡大目標点を決定する際に自律移動体と経路追従目標点を結ぶ直線方向での通行可能距離の長さと、通行可能幅について、同一の方向の２つの値を足し合わせた値あるいは、各々の値に所定の係数を掛けてから足し合わせた値により通行幅拡大目標点を決定することで経路追従性と狭路走破性を調整することを特徴とする自律移動システム。
【請求項６】
請求項１または２のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、
障害物検出手段は検出した障害物について前記自己位置情報により前記自律動体の移動の影響を受けない座標系に座標変換し、過去のセンサ情報から取得した障害物と位置の差分を取ることで障害物の移動ベクトルを算出し、速度決定手段の安全速度算出場で想定する障害物の移動速度に対して障害物の移動ベクトルを合わせることを特徴とする自律移動システム。
【請求項７】
請求項１または２のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、
前記障害物検出手段は検出した障害物について形状や画像情報から人間であるか、あるいは子どもであるか大人であるかを識別する機能を備え、前記速度決定手段の安全速度算出で想定する障害物の移動速度に対して値の調整を行うことを特徴とする自律移動システム。
【請求項８】
請求項６に記載の自律移動システムにおいて、
前記速度決定手段の安全速度算出場について、障害物が想定した速度で移動して前記自律移動体に接近した際の衝突の角度に応じて、自律移動体が上限とする速度の調整あるいは想定する障害物の移動速度を調整することを特徴とする自律移動システム。
【請求項９】
請求項１または２または６〜８のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、
前記速度決定手段について、障害物の位置に応じて前記自律移動体の制動条件を考慮し、障害物が想定した速度で接近した場合に衝突前に停止可能な前記自律移動体の速度を逐一計算することで、安全速度算出場を用いずに前記自律移動体の速度を決定することを特徴とする自律移動システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の自律移動システムにおいて、
前記自律移動体の構成として、前記経路決定手段と速度決定手段をコンピュータ上で独立なプロセスとして構成し、処理周期を個別に設定することを特徴とする自律移動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己位置推定しながら地図上の指定された基準の経路を自律走行する自律移動体の自律移動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２０１１−８３１３号公報（特許文献１）がある。この特許文献は、経路への追従と障害物の回避を両立する経路を走行することを目的としている。このために、自車の周囲について所定の角度間隔ごとに、一定の通行幅で直進可能な通行可能距離を算出し、通行可能距離が設定した閾値以上の距離となる方向のうち、目標方向との差が最小となる方向を自車の進行方向として決定するものである。また、通行可能距離の最大値・平均値と経路逸脱量から自車の速度を決定するものである。このようにして移動する自律移動システムが特許文献１には開示されている。【０００３】
また、特開２０１０−２８２４４３号公報（特許文献２）がある。この特許文献では、障害物を回避する際に、方向が大きく変動しない経路を走行することを目的としている。このために、自車の現在の向きから所定の角度内に迂回点を設定するものである。また、障害物に対する距離は地図上に記載された固定物については小さくし、未記載の障害物については大きくするものである。このようにして移動する自律移動システムが特許文献２には開示されている。【０００４】
また、特開２００９−４２８４５号公報（特許文献３）がある。この特許文献では、通常通路では側方の壁を検知することで減速の発生を防ぎつつ、交差点においては側方から接近してくる障害物も検出して速度制御することを目的としている。このために、通常通路では自車の前方に半楕円形の減速領域を生成し、地図上に記載された交差点区間においては、減速領域を半円形として側方に広げる切り替えにより、交差点において側方の障害物を検知して速度制御を行うものである。このようにして移動する自律移動システムが特許文献３には開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−８３１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８２４４３号公報
【特許文献３】特開２００９−４２８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、施設内や街中など歩行者、障害物などの物体が存在する環境において、自己位置推定しながら地図上の指定された基準の経路を自律走行する際に、狭路であっても広い空間であっても、常に安全性と迅速性を兼ね備えた自律移動システムの実現を課題とする。【０００７】
例えば、電動式車イスの自律移動体を想定した場合、狭い場所では安全な速度ですり抜けを可能とし、広い場所では周囲の歩行者から安全を確保するために離れて、速い速度で走行することを実現したい。また、歩行者の移動速度を考慮して、歩行者が接近してきた場合にも、常に衝突前に自車が停止できる速度で走行したい。【０００８】
このような要求から上記特許文献１のシステムでは、１つの通行幅により自車周囲の各方向について通行可能距離を算出して経路を決定している。しかしながら、通行幅を狭く設定すると、狭路を通行することが出来るものの、広い空間においても障害物に近いところを通行し、本発明の課題である、広い場所では周囲の歩行者から安全を確保するために離れて、速い速度で走行することができない。一方で、通行幅を広く設定すれば広い空間において障害物から離れた経路を通行することが出来るが、狭路を通行することは出来ない。【０００９】
したがって、本発明の上記課題を解決するには、自車の走行経路の通行幅は空間の広さに応じて変更する必要があり、また、速度においても、狭路を通行する際や移動する障害物の状況に応じて変更する必要がある。【００１０】
特許文献２のシステムでは、地図上に記載された固定物については危険領域を小さくして経路を決定しているため、存在する障害物が地図上に記載された固定物のみの場合は狭い場所を通行することが可能である。しかし、地図上に記載された固定物以外の障害物に対する危険領域は１つの値であるため、未知の障害物に対しては特許文献１のシステムと同様の経路を走行する。【００１１】
したがって、本発明の上記課題を解決するには、地図上に記載されているかいないかにかかわらず、通行幅を空間の広さに応じて変更する必要がある。【００１２】
これに対し、特許文献３のシステムでは、地図上に記載された通常の通路と交差点において、障害物検知領域の形状を、通常通路では半楕円形、交差点では半円形と変えて速度を決定している。このため、地図上に記載された通常通路では、側方に壁などの障害物がある場合でも高速に走行し、地図上に記載された交差点区間では、側方の障害物を検知して減速することができる。【００１３】
しかし、本発明の上記課題を解決するには、地図に未記載の障害物が飛び出しても止まることができる検知領域が必要であり、障害物の検知領域は半楕円形、半円形のような単純な形状ではなく、障害物検知位置、障害物が出しうる速度、自車の速度・制動性能、の物理的関係により決定する必要がある。【００１４】
さらに、本発明の上記課題である迅速性と安全性の確保を実現するには、自車の速度はその場の状況に応じて決定する必要があり、自車の経路（移動方向）を決定する処理は移動速度決定の処理とは独立に実行する必要がある。【００１５】
自車の経路として、狭路通行が可能であり安全と迅速を兼ね備えたものを計画するには、狭路や障害物が密集した環境では自車の通行幅が狭いものとして経路を探索することで狭路通行を可能とし、障害物が離れた位置にある広い環境では自車の通行幅が広いものとして障害物から離れた経路を探索することで安全・迅速な場所を移動する必要がある。また、迅速さを実現するために、経路が折れ曲がらずに、障害物等に遮られる事無く、遠くまで進める経路を計画する必要がある。【００１６】
自車の速度として、狭路通行が可能であり安全と迅速を兼ね備えたものを計画するには、障害物の位置・速度に応じて、自車の制動条件を考慮した必要最小限の減速を行う方法が必要である。この方法によれば狭路においても十分に速度を落とし、安全な走行が可能となる。【００１７】
本発明の目的は、自律移動体の通行幅を可変とする経路の計画と、自車の制動条件と障害物の移動を考慮した速度の計画とを独立に行うことで、安全で迅速な狭路通行が可能な自律移動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的は、自律移動体の周囲の環境情報を取得する環境情報取得手段と、基準経路が登録された地図情報を保持する記憶情報処理手段と、前記環境情報と前記地図情報に基づき前記自律移動体の自己位置を推定する自己位置推定手段と、前記環境情報に基づき障害物の情報を検出する障害物検出手段と、前記自己位置と前記障害物の情報と前記基準経路の情報に基づき移動方向を決定する経路決定手段と、前記障害物情報に基づき移動速度を決定する速度決定手段と、前記移動方向と前記移動速度に基づき自律移動体の移動を制御する車両制御手段とを備えた自律移動システムにおいて、前記経路決定手段は、前記自律移動体の現在位置から前記基準経路に追従するための追従移動方向に存在する前記障害物を回避するため、複数の移動方向について、所定の通行幅以上を有して障害物の侵入のない通行距離と通行幅からなる通行領域を算出して、前記追従移動方向と前記通行領域に基づき前記自律移動体の移動方向を決定し、前記速度決定手段は、前記自律移動体の制動条件と前記障害物の位置と速度に応じて、前記自律移動体が前記障害物との衝突前に停止可能な移動速度を決定することにより達成される。【００１９】
また上記目的は、前記経路決定手段は、前記自律移動体の位置に基づいて前記基準経路上の経路追従目標点を決定し、前記通行領域の通行可能距離を前記自律移動体が移動可能な所定の通行幅で複数の方向につき算出し、前記通行可能距離の経路追従目標点方向への長さ成分に基づいて障害物回避目標点を決定し、障害物回避目標点の方向を基準として通行幅を広げた前記通行領域を算出し、通行可能距離の変動が小さく、かつ所定の上限値を有する通行幅が広くなる方向に通行幅拡大目標点を設定して自律移動体の移動方向として決定することが好ましい。【００２０】
また上記目的は、前記記憶情報処理手段は、予め場所に応じて前記自律移動体の通行幅に適する値を記録し、前記経路決定手段は前記記憶情報処理手段に記録された通行幅を障害物回避目標点を決定する際の通行幅として用いることで狭路走破性を調整することが好ましい。【００２１】
また上記目的は、前記経路決定手段は、前記障害物回避目標点を決定する際に前記自律移動体と経路追従目標点を結ぶ直線方向での通行可能距離の長さに対し、所定の係数を掛けた値により障害物回避目標点を決定することで経路追従性を調整することが好ましい。【００２２】
また上記目的は、前記経路決定手段は、前記通行幅拡大目標点を決定する際に自律移動体と経路追従目標点を結ぶ直線方向での通行可能距離の長さと、通行可能幅について、同一の方向の２つの値を足し合わせた値あるいは、各々の値に所定の係数を掛けてから足し合わせた値により通行幅拡大目標点を決定することで経路追従性と狭路走破性を調整することが好ましい。【００２３】
また上記目的は、障害物検出手段は検出した障害物について前記自己位置情報により前記自律動体の移動の影響を受けない座標系に座標変換し、過去のセンサ情報から取得した障害物と位置の差分を取ることで障害物の移動ベクトルを算出し、速度決定手段の安全速度算出場で想定する障害物の移動速度に対して障害物の移動ベクトルを合わせることが好ましい。【００２４】
また上記目的は、前記障害物検出手段は検出した障害物について形状や画像情報から人間であるか、あるいは子どもであるか大人であるかを識別する機能を備え、前記速度決定手段の安全速度算出で想定する障害物の移動速度に対して値の調整を行うことが好ましい。【００２５】
また上記目的は、前記速度決定手段の安全速度算出場について、障害物が想定した速度で移動して前記自律移動体に接近した際の衝突の角度に応じて、自律移動体が上限とする速度の調整あるいは想定する障害物の移動速度を調整することが好ましい。【００２６】
また上記目的は、前記速度決定手段について、障害物の位置に応じて前記自律移動体の制動条件を考慮し、障害物が想定した速度で接近した場合に衝突前に停止可能な前記自律移動体の速度を逐一計算することで、安全速度算出場を用いずに前記自律移動体の速度を決定することが好ましい。【００２７】
また上記目的は、前記自律移動体の構成として、前記経路決定手段と速度決定手段をコンピュータ上で独立なプロセスとして構成し、処理周期を個別に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、狭路や移動する障害物を含む環境において安全かつ迅速に移動することが可能な自律移動システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係る自律移動システムの概略構成図である。
【図２】本実施例１に係る自律移動体に搭載されたセンサを説明する図である。
【図３】本実施例１に係る経路決定手段の処理を説明するフロー図である。
【図４】本実施例１に係る経路追従目標点の決定を説明する概念図である。
【図５】本実施例１に係る障害物回避目標点の決定を説明する概念図である。
【図６】本実施例１に係る通行幅拡大目標点の決定を説明する概念図である。
【図７】本実施例１に係る速度決定手段の処理を説明するフロー図である。
【図８】本実施例１に係る安全速度算出場の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態による自律移動システムを図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３１】
本実施例では、施設内や街中など歩行者、障害物などの物体が存在する環境において、自己位置推定しながら地図上の指定された基準の経路を自律走行するものである。その際に、狭い場所では安全な速度ですり抜けが可能であり、広い場所では周囲の歩行者から安全を確保するために離れて速い速度で走行する。歩行者が接近してきた場合に衝突前に自車が停止できる速度で走行するという、安全と迅速を兼ね備えた自律移動システムの例を説明する。【００３２】
図１は本発明の実施例１に係る自律移動システムの概略構成図である。  
図２は本実施例１に係る自律移動体に搭載されたセンサを説明する図である。  
図１において、自律移動体１００は、記憶情報処理手段１１０、環境情報取得手段１１２、自己位置推定手段１１４、障害物検出手段１１６、経路決定手段１１８、速度決定手段１２０、車両制御手段１２２から構成される。なお、図示されないが、前記各手段は自律移動体１００に搭載されたコンピュータ上で実施する構成でも良いし、一部あるいは全部の手段の処理について、無線通信を用いて外部のコンピュータ上で実施する構成でも良い。【００３３】
以下に説明する本実施例の自律移動体は車輪によって移動する構成となっているものとする。【００３４】
上記記憶情報処理手段１１０は、少なくとも自律移動体１００が走行する基準となる経路と、この経路の周辺に存在するランドマーク（建物や木々の形状、画像や磁気、道路形状から得られる目印情報）を保持し、自己位置推定手段１１４に対して経路周辺のランドマークの情報を送信し、経路決定手段１１８に対して基準となる経路を送信する。【００３５】
図１に示した環境情報取得手段１１２は、自律移動体１００が搭載するセンサによって構成され、このセンサから情報を取得する。センサの詳細は図示しないがレーザ式距離センサや、カメラ、角速度センサ、加速度センサ、磁気センサ、ＧＰＳ受信機、車輪回転量センサなどからなる。【００３６】
自己位置推定手段１１４は、各センサから取得した情報に基づき自律移動体１００の現在位置を特定する。詳細として例えば、車輪回転量センサの値を累積して作られる自己位置情報（オドメトリと呼ばれるもの）と、角速度センサや加速度センサや磁気センサによるオドメトリの補正と、レーザ式距離センサやカメラによる情報と前記記憶情報処理手段１１０から得られるランドマーク情報との対応付けによって得られる自己位置情報（マッチングによる自己位置）と、ＧＰＳ受信機から得られる自己位置情報（ＧＰＳによる自己位置）を確率的に（例えば、拡張カルマンフィルタと呼ばれる手法を採用して）融合することで、自律移動体１００が移動する領域内において正確な自己の位置と向きを推定する。【００３７】
最終的に得られた自己位置を、後記する障害物検出手段１１６と経路決定手段１１８に送信する。なお、自己位置情報などで、緯度経度座標系やセンサを基準とした座標系や走行の基準となる経路が持つ座標系は、座標系間の位置と姿勢の関係性に基づき座標変換をすることで同一の座標系として扱えるようにする。【００３８】
障害物検出手段１１６は、前記センサ情報に基づき、自律移動体１００の移動に障害となりうる領域を検出する。詳細として例えば、レーザ式距離センサやカメラ（２つ並べて距離計測を可能な構成としたステレオカメラシステムなど）から得られる周囲の形状情報のうち、自律移動体１００が乗り越え不能な高さの段差や、大きな溝や、空中の突出物などが障害物に該当する。また、本発明が対象とする施設内や街中などの環境に存在する、歩行者や自転車などの動く障害物も併せて検出する。【００３９】
例えば、図２に示すように、自車となる自律移動体１００（車体）の前面下部中央に取り付けられたレーザレーダ１１２ａによって進行方向の環境情報を取得するものである。このレーザレーダ１１２ａは車体の前方方向の走行面上を所定間隔で水平にスキャンさせ、車体から前方に存在する障害物から自車までの距離や障害物の大きさなどを検出する。【００４０】
このレーザレーダ１１２ａによって検出された環境情報は後記する自己位置推定手段１１４と障害物検出手段１１６とに対して送信される。【００４１】
経路決定手段１１８は、前記の自己位置情報と、走行する基準経路と、障害物検出手段で検出された障害物の種類（歩行者、自転車、移動するしない、段差など）と、位置および形状などの障害物情報に基づいて、自律移動体１００の目標方向を決定する。後記する手順により、基準経路への追従性と障害物の回避性と通行位置の安全性を考慮した移動方向を決定し、車両制御手段１２２へ送信する。【００４２】
速度決定手段１２０は、前記障害物情報に基づいて、自律移動体１００の目標速度を決定する。後記する手順により、周囲の障害物の移動を想定して障害物と衝突前に停止可能な移動速度を決定し、車両制御手段１２２へ送信する。本発明の課題である迅速性と安全性の確保を実現するために、自車の速度はその場の状況に応じて決定する必要があり、速度決定手段１２０は、経路決定手段１１８の処理とは独立に実行（処理周期を異にしてもよい）する必要がある。【００４３】
車両制御手段１２２は、経路決定手段１１８と速度決定手段１２０のそれぞれから取得した、自律移動体１００の目標方向と目標速度により車両の運動制御を実施する。具体的には例えば、現在の自律移動体１００の移動方向・移動速度と、目標方向・目標速度との差が小さくなるように制御を行う。また、車両制御手段１２２は車輪を制御するためのモータや電子回路を持ち、自律移動体１００の位置や向きの変更を可能とする。【００４４】
図３は本実施例１に係る経路決定手段の処理を説明するフロー図である。
図３のフローチャートの各ブロックの処理について図４、図５、図６で説明する。
図４は本実施例１に係る経路追従目標点の決定を説明する概念図である。
図５は本実施例１に係る障害物回避目標点の決定を説明する概念図である。
図６は本実施例１に係る通行幅拡大目標点の決定を説明する概念図である。
図３、図４、図５、図６において、経路決定手段１１８は、まず図３のＳ１０１として経路追従目標点を決定する。【００４５】
図３に示すように、前記の自己位置情報と基準経路に基づいて処理を行う。基準経路は図４に示す基準経路点２０１〜２０８（順番が分かるように、点と点を線で繋いでいる）のように所定間隔ごとの点として与える。【００４６】
図４において、自律移動体１００は既に基準経路点２０１まで到達しているとする。基準経路への追従では、どの位置を目標とするかによって追従性と収束性が変化する。経路追従目標点をなるべく遠くすることで、経路への収束性を高めることが出来るが、追従性が低いことから曲線状の経路では経路よりも大きく内側を移動してしまう。このため、収束性を犠牲にしてでも、経路追従目標点を近くすることで経路への追従性を確保するのが良い。【００４７】
このことから、直線では経路追従目標点を遠くし、曲線では経路追従目標点を近くするため、次のような手順で経路追従目標点を決定する。  
図３の点線で示す２０１から２０５を結ぶ直線と中間の点である点２０２から点２０４のそれぞれの点との距離の最大値（ここでは点２０４と点線の距離）が閾値未満である場合に、点２０１から点２０５は直線と見なせるものとする。また、図示していないが、点線の左右に中間の点がある場合には、左と右のそれぞれについて中間の点と点線の距離の最大値を導出し、その合計が閾値未満であることを確認する。これらの処理を点２０１と点２０３を結ぶ直線、点２０１と点２０４を結ぶ直線、点２０１と点２０５を結ぶ直線として順に遠くの基準経路点に対して実施し、直線と見なせなくなる直前の点を基準経路追従目標点（以下、点２０５を経路追従目標点とする）として決定する。【００４８】
以上の手順により経路追従目標点を決定することで、基準経路を追従する上で将来が直線である場合には、経路追従目標点が遠くなることで曲率の小さい安定した経路を移動し、将来が曲線である場合には経路追従目標点が近くなることで移動位置が経路の内側になり過ぎない。【００４９】
なお、自律移動体１００がどの基準経路点まで到達しているかの判定については、自律移動体１００の位置が、１つ先の基準経路点（図３においては２０２）から所定の距離以内であり、かつ、自律移動体１００の位置が点２０２とその前後（図３においては点２０１と点２０３）の一方あるいは両方の基準経路点と結ぶ直線と直交するラインを超えているか確認することにより、自律移動体１００が基準経路上で１つ先の基準経路点へ到達しているものとする。図３における自律移動体１００は点２０２を超えていないため、現在は点２０１まで到達した状態である。【００５０】
以上の手順により経路追従目標点を決定することで、遠くから障害物を回避する効果が生じるため、全体の経路長が短くなることで迅速性が高い。【００５１】
経路決定手段１１８は、次に図３のＳ１０２として障害物回避目標点を決定する。  
図５に示すように、前記の自己位置情報と経路追従目標点２０５と障害物２１０、２１１に基づいて処理を行う。自律移動体１００の経路候補を矩形によって表現し、所定の角度間隔ごとに、自律移動体１００の走行に最低限必要な通行幅（図４の矩形幅a）で走行が可能な距離（矩形の長さを指し、以降では通行可能距離と呼ぶ）をそれぞれの角度で算出する。通行可能距離は、経路追従目標点２０５までの距離を上限値として、矩形の内側に障害物を含まない最大の長さである。なお、経路追従目標点２０５までの距離が小さい場合には、通行可能距離の上限値は別の所定の値を採用することで、最低限障害物を避ける距離を設定しても良い。【００５２】
例えば図５のような条件においては、最低限の通行幅による経路候補を矩形２２０〜２２４として（探索角度範囲と探索角度刻みは必要に応じて決める）得る。このうち、自律移動体１００から経路追従目標点２０５を結ぶ図中の点線で表現される直線を基準（ゼロ度）として、通行可能距離の矩形２２０〜２２４の直線方向の長さを余弦関数（コサイン）を用いて求め、値が最大となる矩形（図４においては２２３）の先端を障害物回避目標点２２５として決定する。障害物回避目標点２２５は経路追従目標点２０５の方向に最も遠くまで進める方向となる。【００５３】
以上の手順により障害物回避目標点を決定することで、自律移動体１００の走行に最低限必要な通行幅を用いることで狭路を選択可能であり、経路追従目標点２０５の方向に最も遠くまで進める方向を選択することにより行き止まりに陥る可能性が低く、経路がくねくね曲らずにまっすぐ進める方向を選択することで安全・迅速性が高い。【００５４】
経路決定手段１１８は、次に図３のＳ１０３として通行幅拡大目標点を決定する。図６に示すように、図５で得た通行可能距離と同一の長さの矩形について、内側に障害物を含まない幅の最大値を通行可能幅として矩形２３０〜２３２を得る。なお、図示しないが必要に応じて探索角度範囲と探索角度刻みを決める。このうち、障害物回避目標点２２５の方向を開始点として、左右の方向に通行可能幅を後記する上限値まで増加させ、通行可能距離の減少がない（閾値未満）矩形を探索する。【００５５】
以上の条件を満たす矩形のうち、通行可能幅が上限値に達した矩形の中で最も障害物回避目標点２２５の方向に近い方向か、上限値に達する矩形が無い場合には最大の通行可能幅となる方向の矩形の先端を通行幅拡大目標点２３３（図６では通行可能幅の矩形２３１の先端）とする。【００５６】
以上の手順により障害物回避目標点を決定することで、狭路においては狭路の経路を選択したままで、空間の広さに応じてより安全性の高い位置を走行することが可能となる。かつ、安全性が十分な場合にはより経路長の短い経路を選択することで迅速性が高くなる。なお、通行可能幅の上限値は、後記で詳細を説明する速度決定手段１２０において、自律移動体１００が上限の速度で移動する際の、障害物に対し左右方向へ離れる距離以上とする。【００５７】
なお、上記の経路追従目標点、障害物回避目標点、通行幅拡大目標点の決定は、本発明の課題を解決する１実施例であり、通行可能距離と通行幅をパラメータとして全探索して求めても良いし、さらに狭路や障害物が密集した環境では自車の通行幅が狭い経路を算出し、障害物が離れた位置にある広い環境では通行幅が広い経路を算出しても良い。また、迅速さを実現するために、経路が折れ曲がらずに障害物等に遮られる事無く遠くまで進めるで経路を計画するものであればどのような方法でもよい。【００５８】
経路決定手段１１８は、最後に図３のＳ１０４において、自律移動体１００と通行幅拡大目標点２３３を結ぶ直線の方向を車両の目標方向として決定し、車両制御手段１２２へ送信する。【００５９】
図７は、図１における速度決定手段１２０の処理フローチャートである。
図７において、ここでは、障害物が飛び出しても止まることができる安全性を持ち、かつ迅速走行が可能となる速度決定手段の１例として、障害物情報（種類・位置・速度など）に応じて自車の制動条件を考慮した速度決定を行う方法を説明する。【００６０】
速度決定手段１２０は、図示しないが内部に目標速度値の保持領域を持ち、フローチャートにおいて値を更新し、最終的に保持した速度を車両の目標速度とする。まず、Ｓ２０１として車両の上限速度を保持する。上限速度は自律移動体１００が走行場所や走行性能に応じて定められる値である。次にＳ２０２として車両の周辺に検出した障害物（あるいは障害物を構成する点群）の位置を１つ取り出す。次にＳ２０３として、取り出した障害物に対する車両の許容速度を後記する手順により導出し、保持する速度よりも下回る場合には保持する速度に上書きして更新する。次にＳ２０４としてすべての障害物に対して前記の処理を実施したか確認し、未処理の障害物が残っている場合にはＳ２０２へ戻り、未処理の障害物が無い場合にはＳ２０５へ移る。最後にＳ２０５として、総ての障害物を処理した後に保持する速度を車両の目標速度として、車両制御手段１２２へ送信する。【００６１】
フローチャートのＳ２０３で実施する処理について図８を用いて詳細を説明する。
図８は本発明の実施例１に係る安全速度算出場の概念図である。
図８において、例えば、安全速度算出場３００（その等高線３０１〜３０５）のように、障害物の位置に対する自律移動体１００の速度の関係をあらかじめ作成しておく方法を用いる。安全速度算出場３００の役割は障害物との衝突前に自律移動体１００を停止することにある。障害物が最大で速度v（ｍ／ｓ）で移動することを想定し、自律移動体１００が加速度a（ｍ／ｓ＾２）で減速して衝突前に停止可能な速度は、式１および式２を用いて計算できる。【００６２】
【数１】
2012164691.tif 000003
【００６３】
【数２】
2012164691.tif 000004
【００６４】
式１は自律移動体１００の形状を点とした場合の移動を表し、自律移動体１００が原点から移動して加速度aで時刻tに(XR、YR)へ到達することを意味する。【００６５】
式２は障害物の移動を表し、任意のグリッド位置(XG、YG)に存在する障害物が速度vで任意の方向に移動した場合に、時刻tに(XO、YO)が作る円周上へ到達することを意味する。【００６６】
XO=XRかつYO=YRとなるtを求めることで衝突の時刻が分かる。時刻tの速度atが許容速度である。実際には自律移動体１００が任意の速度から停止状態へ向かうが、停止状態から加速して衝突する条件を計算すれば良い。なお、障害物の速度vは例えば歩行者を対象とするならば４〜６ｋｍ／ｈの値を設定する。自律移動体１００の加速度aは、例えば０．２Ｇ（１．９６ｍ／ｓ＾２）として設定し、自律移動体１００への搭乗者の有無や、搭乗者の身体的条件や搭乗者の設定に応じて変更しても良い。以上により、自律移動体１００が点の場合について、周囲の障害物に対する許容速度を算出可能となる。【００６７】
次に、自律移動体１００の形状や、自律移動体１００と障害物で最小限離れたい距離や、衝突の条件に基づきＳ２０３で用いる許容速度を算出する。【００６８】
まず、自律移動体１００と障害物で最小限離れたい距離を定める。例えば、前方については自律移動体１００が接近する方向であるため１ｍと大きめの値にし、側方については０．１ｍと小さめの値に設定する。自律移動体１００の内側と、障害物と最小限離れたい距離の範囲については障害物に対する許容速度はゼロとして安全速度算出場３００の値を決定する。その外側については、自律移動体１００の形状を点として求めた許容速度の値を伸長したものを用いる。【００６９】
具体的には例えば、自律移動体１００の前方と後方について、点とした場合の前方と後方で得られたそれぞれの値を左右方向に伸ばし、側方について、点とした場合の側方で得られた値を前後方向に伸ばす。伸ばす長さは自律移動体１００の形状と、前記の障害物と最小限離れたい距離を合わせた大きさである。最後に、自律移動体１００に対して障害物が所定角度以上後方から衝突する場合について、追突を防ぐ目的で許容速度をＳ２０１の上限値あるいは、式１および式２から算出した値より大きくしても良い。以上により、自律移動体１００が長方形であった場合に、安全速度算出場３００は図７の３００〜３０５のような等高線型（同じ速度を結んだ線）の場として得られる。ここで、３０１の等高線は許容速度が大きく、３０２、３０３、３０４と順に許容速度が小さくなる。なお、３０５は許容速度がゼロである。【００７０】
以上の手順により目標速度を決定することで、周囲に障害物が無く広い空間では自律移動体１００が上限速度で移動するため迅速であり、狭路においても減速を伴った走行をすることで安全に通過が可能であり、移動する障害物についても想定した速度以下で移動する物が接近した場合に衝突前に停止するため安全である。【００７１】
また、物陰から障害物が飛び出す場合についても、物陰を抜ける際には物陰との位置関係に応じて速度制御がなされるため安全性が高い。なお本手法によっては、障害物が接近して一旦停止した後でも、後退用の安全速度算出場を用いて後退した後、障害物を回避して移動を再開することができるし、障害物が静止した場合は、接触しない限り十分低速で移動可能な安全速度算出場を用いて走行するなど、障害物情報の変化により安全速度算出場も変化するので、動けなくなることは無い。【００７２】
速度決定手段１２０は、最後に図６のＳ２０５において、最終的に保持する速度を車両の目標方向として決定し、車両制御手段１２２へ送信する。
【実施例２】
【００７３】
以下に、本発明の実施例１と同一あるいはより効果的に目的を果たすための実施例１と異なる複数の実施例について説明する。
この複数の実施例は、次に述べる点で実施例１と相違するものであり、その他の点については実施例１と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。【００７４】
図１に示した経路決定手段１１８は、図３のＳ１０２で障害物回避目標点を決定する際に、経路候補を表現する矩形の幅について、場所に応じて値を変更する。【００７５】
具体的には例えば、自律移動体１００が通行する場所が十分に広いことが分かっている場合に、障害物によって作られる狭路のうち特に狭い場所については通行しないことが望ましい場合などについて、矩形の幅を自律移動体１００の走行に最低限必要な通行幅よりも大きくする。また、同様に予め通路が狭いことが分かっている場所については、可能な限り矩形の幅を狭くして狭路を通過し易くする。これにより、狭路走破性を適切に調整することが出来る。実施例１に対して以上の機能追加を行っても良い。【００７６】
経路決定手段１１８は、Ｓ１０２で障害物回避目標点を決定する際に、自律移動体１００と経路追従目標点２０５を結ぶ直線の方向を基準軸として通行可能距離の矩形２２０〜２２４を射影した長さに対し、所定の係数を掛けた値が最大となる矩形の先端を障害物回避目標点とする。所定の係数は、例えば自律移動体１００と経路追従目標点２０５を結ぶ直線をゼロ度として、角度を変数としたガウス関数を用い、その標準偏差を場所などの条件に応じて変える。これにより、場所に応じて経路追従性高めることが出来る。実施例１に対して以上の機能追加を行っても良い。【００７７】
経路決定手段１１８は、Ｓ１０３で通行幅拡大目標点を決定する際に、自律移動体１００と経路追従目標点２０５を結ぶ直線の方向を基準軸として通行可能距離の矩形２２０〜２２４を射影した長さと、通行可能幅の矩形２３０〜２３２の幅について、同一の方向から算出した長さと幅を足し合わせた最大あるいは、長さと幅の各々の値に所定の係数を掛けてから足し合わせた値が最大となる方向の矩形の先端を通行幅拡大目標点とする。これにより、経路追従性と狭路走破性を調整することが出来る。実施例１に対して以上の機能追加を行っても良い。【００７８】
障害物検出手段１１６は、検出した障害物について、前記自己位置情報により自律移動体１００の移動の影響を受けない座標系に座標変換し、過去のセンサ情報から取得した障害物と位置の差分を取ることで、障害物の移動ベクトルを算出する。そして、速度決定手段１２０の安全速度算出場３００で想定する障害物の移動速度に対して値の調整を行う。具体的には、自律移動体１００から離れる障害物に対して想定する移動速度は移動ベクトルに応じて小さくし、近づく障害物に対して想定する移動速度は大きくする。これにより、不要な減速を無くし迅速性を向上する。実施例１に対して以上の機能追加を行っても良い。【００７９】
障害物検出手段１１６は、検出した障害物について、形状や画像情報から人間、自転車、動物であるか、あるいは子どもであるか大人であるかを識別する機能を備える。これにより、速度決定手段１２０の安全速度算出場３００で想定する障害物の移動速度に対して値の調整を行う。具体的には、人間ではない障害物については想定する移動速度を小さくし、人間が子どもである場合には想定する移動速度を大きくする。これにより、安全性向上を行う。実施例１に対して以上の機能追加を行っても良い。【００８０】
速度決定手段１２０の安全速度算出場３００について、障害物が想定した速度で移動して自律移動体１００に接近した際の衝突の角度に応じて、自律移動体１００が上限とする速度の調整を行う。具体的には例えば、障害物が自律移動体１００の正面にある場合は調整なしとして、斜め前からの衝突、側方からの衝突について安全速度算出場３００により決定した速度を定数倍あるいは定数の足し合わせにより増加させる。また、想定する障害物の移動速度を小さくすることで同様の機能を実現しても良い。これにより、危険性の小さい衝突について不要な減速を無くすことで迅速性の向上を行う。実施例１に対して以上の機能追加を行っても良い。【００８１】
速度決定手段１２０について、あらかじめ安全速度算出場３００を作成しておかなくとも、障害物の位置に応じて前記した計算と同等の計算を逐次的に実施する方法を用いる構成とする。これにより、自律移動を行う際の計算量が増加するが、例えば、自律移動体１００の制動条件を障害物の種類や配置条件に応じて変化させたい場合や、障害物に対して想定する速度（実施例１で障害物を歩行者として４〜６ｋｍ／ｈで想定した速度）を複数用意したい場合に、安全速度算出場３００をあらかじめ複数用意しておく場合と比べて、コンピュータ上に確保するデータ量を低減することが出来る。実施例１に対して以上の機能追加を行っても良い。【００８２】
自律移動体１００の構成として、経路決定手段１１８と速度決定手段１２０を処理コンピュータ上で独立なプロセスとして構成し、処理周期を個別に設定する。これにより、経路決定手段１１８において多数の評価基準により経路を決定する膨大な処理となった場合に、経路決定手段１１８の処理周期を長くし、速度決定手段１２０の処理周期を短く保つ。これにより、経路決定の高度化と速度決定の安全性を両立することができる。実施例１について以上の通りの構成としても良い。【００８３】
なお、前記の実施例１に対する機能追加の構成は、２つ以上を適用しても良い。【００８４】
また、実施例１では自律移動体１００の構成として、車輪により移動する自律移動システムを例としているが、脚により移動する自律移動システムにも本発明を適用することが出来る。また、環境情報取得手段１１２を構成するセンサは一部あるいはすべてが自律移動体１００の外に設けられ、無線通信によって自律移動体１００と連携する構成であっても本発明を適用することが出来る。【００８５】
以上のごとく本発明によれば、狭路や移動する障害物を含む環境（周囲の環境の広さ）に応じて安全かつ迅速に移動することができる。【００８６】
また、場所に応じて経路追従性高めることが出来るとともに、経路追従性と狭路走破性を調整することが出来る。【００８７】
また、不要な減速を無くし迅速性が向上するので危険性の小さい衝突については不要な減速を無くして迅速性が向上し高い安全性を確保できるので、経路決定の高度化と速度決定の安全性を両立することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１００…自律移動体、１１０…記憶情報処理手段、１１２…環境情報取得手段、１１４…自己位置推定手段、１１６…障害物検出手段、１１８…経路決定手段、１２０…速度決定手段、１２２…車両制御手段、２０１〜２０８…基準経路点（うち２２５は経路追従目標点）、２２０〜２２４…最低限の通行幅による通行可能距離の矩形、２２５…障害物回避目標点、２３０〜２３２…通行可能距離を長さとした通行可能幅の矩形、２３３…通行幅拡大目標点、３００…安全速度算出場（全体）、３０１〜３０５…安全速度算出場で同一許容速度となる地点（等高線）。
【図１】
2012164691.tif 000005
【図２】
2012164691.tif 000006
【図３】
2012164691.tif 000007
【図４】
2012164691.tif 000008
【図５】
2012164691.tif 000009
【図６】
2012164691.tif 000010
【図７】
2012164691.tif 000011
【図８】
2012164691.tif 000012
【国際調査報告】
2012164691.tif 000013
2012164691.tif 000014
2012164691.tif 000015
2012164691.tif 000016