(57)【要約】【課題】衝突予測点での移動障害物の動きを考量して移動経路を生成できるようにする。【解決手段】ＡＧＣの制御装置は、時間軸を含めた３次元空間に障害物領域を立体的に描写し（Ｓ５）、障害物領域を回避する経路を探索するので（Ｓ６）、衝突予測点での移動障害物の動きを考慮して目標位置に最短で到達可能な移動経路を生成することができる。これにより、衝突予測点での移動障害物の動きの影響を受けることなく目標位置への到達時間を短縮可能となる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律移動体（１）の周囲に位置する移動障害物を検知する障害物検知部（８）と、
前記障害物検知部が検知した前記移動障害物の位置及び時間を含む移動情報を算出する障害物状態算出部（１３）と、
前記移動情報をもとに前記移動障害物の連続する所定時間毎における移動位置を障害物領域として算出する障害物領域算出部（１４）と、
連続する前記所定時間により構成される前記障害物領域を用いて前記自律移動体の移動経路を生成する経路計画部（１５）と、
前記移動経路に沿って前記自律移動体を移動制御する移動制御部（１６）と、
を備えた自律移動体制御装置。
【請求項２】
前記障害物領域は、前記自律移動体の２次元空間の移動位置と経過時間とから表される３次元空間として設定されている請求項１に記載の自律移動体制御装置。
【請求項３】
前記障害物検知部によって前記移動障害物の種別を特定する障害物特定部（１７）を設け、
前記経路計画部は、前記移動障害物が通行する領域を通行可能領域として設定し、前記障害物特定部によって特定された前記移動障害物の種別に応じて設定された前記通行可能領域内に前記障害物領域を設定する請求項１または２に記載の自律移動体制御装置。
【請求項４】
前記経路計画部は、前記自律移動体の最高速度、最高加速度、最高角速度、最高角加速度のいずれか一つ以上を含む前記移動情報をもとに、前記自律移動体の経路生成範囲を設定する請求項１から３のいずれか一項に記載の自律移動体制御装置。
【請求項５】
前記経路計画部は、前記障害物検知部によって前記移動障害物の移動方向を算出し、前記移動障害物の移動方向が前記移動経路に向かっていない場合は前記障害物領域を算出しない請求項１から４のいずれか一項に記載の自律移動体制御装置。
【請求項６】
前記経路計画部は、２つ以上の前記移動障害物に対応する前記障害物領域をそれぞれ算出する請求項１から５のいずれか一項に記載の自律移動体制御装置。
【請求項７】
走行ユニット（２）と制御装置（３）とからなる自律移動体（１）であって、
前記制御装置は、
前記走行ユニットの周囲に位置する移動障害物を検知する障害物検知部（８）と、
前記障害物検知部が検知した前記移動障害物の位置及び時間を含む移動情報を算出する障害物状態算出部（１３）と、
前記移動情報をもとに前記移動障害物の連続する所定時間毎における移動位置を障害物領域として算出する障害物領域算出部（１４）と、
連続する前記所定時間により構成される前記障害物領域を用いて、前記走行ユニットの移動経路を生成する経路計画部（１５）と、
前記移動経路に沿って前記走行ユニットを移動制御する移動制御部（１６）と、
を有して構成されている自律移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動体制御装置及び自律移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律移動体が目標位置までの経路を探索して移動経路を生成する場合に周囲に固定した障害物しか存在しない環境では、自己位置推定と環境地図作成を同時に行うＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）の技術を用いればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５２５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、工場のように人やフォークリフトなどが移動するような環境では、自律移動体の周囲に位置する移動障害物を検出して回避する経路を探索する必要がある。
特許文献１では、経路探索時に自律移動体と移動障害物との現在の速度及び加速度等から大まかな衝突予測点を算出し、その衝突予測点をもとに移動障害物が位置する可能性がある障害物領域を設定し、その障害物領域を回避する経路を探索して移動経路を生成することを提案している。この場合、経路探索時に設定した障害物領域は２次元（平面）であることから、２次元空間に設定された障害物領域を回避する経路を探索することになる。
【０００５】
しかしながら、衝突予測点での移動障害物は実際には動いているのが通常であることから、衝突予測点での障害物領域の移動方向側に移動経路を生成した場合は、衝突予測点を通過した移動障害物が自律移動体に向かって移動することになる。このため、衝突予測点での移動障害物の動きによっては自律移動体に対して移動障害物が支障となる場合が想定される。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、衝突予測点での移動障害物の動きを考量して移動経路を生成することができる自律移動体制御装置及び自律移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、障害物検知部（８）が自律移動体（１）の周囲に位置する移動障害物を検知すると、障害物状態算出部（１３）は、障害物検知部が検知した移動障害物の位置及び時間を含む移動情報を算出する。すると、障害物領域算出部（１４）が移動情報をもとに移動障害物の連続する所定時間毎における移動位置を障害物領域として算出するので、経路計画部（１５）は、連続する所定時間により構成される障害物領域を用いて自律移動体の移動経路を生成する。そして、移動制御部（１６）は、移動経路に沿って自律移動体を移動制御する。これにより、衝突予測点での移動障害物の動きの影響を受けることを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態における制御装置の構成を示す機能ブロック図
【図２】無人搬送カートの斜視図
【図３】従来の移動経路の探索方法を説明する図
【図４】移動経路の探索方法を説明する図
【図５】一つの障害物領域を回避する移動経路を模式的に示す図
【図６】従来において一つの障害物領域を回避する移動経路を模式的に示す図
【図７】移動経路の探索方法を示すフローチャート
【図８】複数の障害物領域を回避する移動経路を示す図
【図９】第２実施形態における制御装置の構成を示す機能ブロック図
【図１０】通行可能領域を示す図
【図１１】第３実施形態における経路生成範囲を示す図
【図１２】第４実施形態における障害物領域の設定対象外とする移動障害物を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。
（第１実施形態）
第１実施形態について図１から図８を参照して説明する。
図２に示す無人搬送カート（Automatic Guided Cart、以下、ＡＧＣと称する）１（自律移動体に相当）は、例えば工場などの施設で用いられるもので、自己位置推定と環境地図作成を同時に行うＳＬＡＭの技術を用いることにより、現在位置から目標位置へと自律的に移動する。
【００１０】
ＳＬＡＭは、位置が固定された物体が配置された環境に適している。ＡＧＣ１が用いられる工場には、位置が固定された壁、柱、固定設備等が配置されていることから、ＡＧＣ１が用いられる工場はＳＬＡＭに適した環境であり、精度良く自己位置推定及び環境地図作成を行うことができる。
【００１１】
ＡＧＣ１は、自己位置推定及び環境地図を作成するための構成として、３軸ジャイロセンサや３軸加速度センサなどからなる図示しないＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）を搭載しており、ＡＧＣ１の周囲の状況を環境情報として認識可能である。
以下、ＳＬＡＭに関する説明は省略し、本発明に関連した構成についてのみ説明する。
【００１２】
ＡＧＣ１は、走行ユニット２と制御装置３（自律移動体制御装置に相当）とから構成されており、図示しない作業モジュールを搭載可能である。作業モジュールは、移載、荷姿変更等を担うものであり、昇降タイプ、ロボットタイプ、コンベアタイプ、索引タイプ、台車タイプ等の様々のタイプが用意されている。ユーザは、所望のモジュールを適宜選択して走行ユニット２に搭載することにより、ＡＧＣ１を様々な用途に用いることができる。
【００１３】
走行ユニット２は、フレーム４に車輪５やこの車輪５を駆動するモータ６などを搭載して構成されており、ＡＧＣ１が用いられる施設である工場内の通路に設定された目標位置まで自律して走行可能である。車輪５はメカナムホイールであり、車輪５の円周上に複数の樽型のローラ７を設けて構成されている。ローラ７は、その軸が車輪５の軸に対して４５度傾いた状態で自由回転可能に装着されている。
【００１４】
各モータ６の駆動力が対応する車輪５に伝達されるようになっており、各車輪５は、モータ６によりそれぞれ独立して正逆回転可能となっている。走行ユニット２は、各車輪５の回転方向を組み合わせることにより前進、後進、旋回は勿論のこと、全方位に自在に走行可能である。
【００１５】
図１に示すように、制御装置３は、障害物検知部８、制御部９、操作表示部１０から構成されている。
障害物検知部８は、図２に示すレーザーレーダ１１や超音波ソナー１２を含んで構成されており、ＡＧＣ１（フレーム４）の周囲に位置する障害物を検出する。レーザーレーダ１１は、前方に対して水平方向における所定角度（例えば２７０度）が検出領域として設定されており、ＡＧＣ１の前方に位置する障害物を検出する。超音波ソナー１２はフレーム４の後部の隅部にそれぞれ設けられており、ＡＧＣ１の後方に位置する障害物を検出する。障害物検知部８として単眼カメラやステレオカメラを採用するようにしても良い。
【００１６】
制御部９は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータを主体として構成されており、障害物状態算出部１３、障害物領域算出部１４、経路計画部１５、移動制御部１６を有している。これらの各部１３〜１６は、制御部９のＣＰＵがＲＯＭなどに記憶されたプログラムを実行することによりソフト的に実現されている。これら各部１３〜１６をハードウェアにより実現する構成としても良い。
【００１７】
制御部９は、障害物検知部８によって検知された移動障害物に対し、障害物状態算出部１３によって移動障害物の移動位置及び経過時間を算出し、算出した移動位置及び経過時間をもとに移動障害物の速度・加速度情報を算出する。速度・加速度情報を算出する方法としては、例えば現在位置と１ステップ前の位置、また、その間にかかる時間から速度を求める方法やその他の手法を用いても良い。
【００１８】
操作表示部１０は、ＡＧＣ１の状態や作業モジュールの状態等を表示可能であり、ＡＧＣ１の動作状態、認識された環境を表す画像、作業モジュールのタイプ、ＡＧＣ１に関する異常、警告などを表示することができる。操作表示部１０はユーザにより操作可能であり、その操作に応じて制御部９の制御内容を変更することができる。
【００１９】
ところで、従来の経路探索では、経路探索時に周囲に位置する移動障害物を検出した場合は、移動障害物に対応して２次元空間に障害物領域を設定し、その障害物領域を回避するように経路を探索することで目標位置に最短で到達可能な移動経路を生成するようにしている。
【００２０】
即ち、図３に示すように、まず、ｔ＝Ｔ０において各移動障害物Ａ〜Ｃの衝突予測点に基づいて対応する障害物領域Ａ１〜Ｃ１を設定し、それらの障害物領域Ａ１〜Ｃ１を回避して目標位置に最短で到達可能な経路を探索して移動経路を生成する。尚、衝突予測点は、各障害物領域Ａ１〜Ｃ１の中央である。
【００２１】
障害物領域Ａ１に到達すると（ｔ＝Ｔ１）、移動障害物Ｂ，Ｃに対応した障害物領域Ｂ１，Ｃ１を設定し、それらの障害物領域Ｂ１、Ｃ１を回避して目標位置に最短で到達可能な移動経路を探索して移動経路を生成する。このような動作を順に繰り返することで目標位置までの移動経路を生成するようにしている。
【００２２】
ここで、障害物領域は２次元（平面）で表されていることから、２次元空間において静止した障害物領域を回避するように経路を探索することになる。このため、衝突予測点での移動障害物の動きによる影響については何ら考慮されておらず、衝突予測点での移動障害物の動きによっては生成した移動経路に対して移動障害物が影響を与える場合を想定できる。例えば、衝突予測点での移動障害物の移動方向に移動経路を生成した場合は、衝突予測点での移動障害物の動きの影響を受ける可能性が高くなる。
【００２３】
このような事情から、本実施形態では、例えば人やフォークリフトなどのような移動障害物が存在する環境下でＡＧＣ１の経路計画を行うという状況では、連続する所定時間毎における移動障害物の移動位置を動的な障害物領域として算出し、連続する所定時間により構成される障害物領域を用いてＡＧＣ１の移動経路を生成するようにした。
【００２４】
即ち、図４に示すように、障害物領域算出部１４により連続した所定時間毎の障害物領域Ａｎ、Ｂｎ、Ｃｎ（ｎは正の自然数）を接続することで３次元空間における障害物領域Ａｘを算出し、経路計画部１５により３次元空間の障害物領域を回避しながら目標位置に最短で到達可能な経路を探索することで移動経路を生成する。移動経路は、現在位置から目標位置までの間に設定した複数のノードを接続して生成されている。そして、移動制御部１６により移動経路に沿ってＡＧＣ１を移動制御する。尚、図４では、理解し易いように時間間隔を長くして各障害物領域を離間して示したが、実際には各障害物領域は連続している。
【００２５】
具体的に説明すると、図５に示すように、探索時点で検出した移動障害物に対応した障害物領域を３次元空間（ｘ，ｙ，ｔ）に立体的に描写し、その障害物領域を回避しながら目標位置に最短で到達可能な経路を探索する。つまり、算出した移動障害物の速度や加速度等の移動情報をもとに所定時間毎における連続した移動位置を立体的な障害物領域として算出する。この場合、例えば移動時間による誤差を考量しないときは、障害物領域は以下の式に示すようになり、算出した速度や加速度等の移動情報から移動障害物の軌跡を算出し、その軌跡を中心とした障害物領域を算出することになる。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
さて、図５で示したように、移動障害物の移動時間による誤差を考慮しない障害物領域を３次元空間に描写した場合は、円柱を立体的に描写することになる。この場合、円柱の傾斜方向が移動障害物の移動方向を表し、傾斜角度が移動障害物の移動速度の大きさを表している。
【００２８】
ここで、従来の障害物領域を３次元空間に描写すると、図６に示すように垂直方向に起立した傾斜のない円柱を描写することができる。ここで、従来の回避方法により図６に示す円柱を回避する経路を探索することを考えると、衝突予測点が円柱の中心に位置しているとことから、円柱の傾斜方向側を回り込む移動経路（図中に破線で示す）と、円柱の傾斜方向と反対側を回り込む移動経路（図中に実線で示す）とを想定できる。この場合、円柱のいずれの側にも回り込む経路は同一の距離となることから、目標位置までの到達時間も同一となる。
【００２９】
一方、図５に示す円柱は移動障害物の移動方向に傾いているので、円柱の傾斜方向側を回り込む経路（図中に破線で示す）は前方へ傾いた円柱の傾斜方向側を回り込むので、円柱の前側を回り込む距離は、図６に破線で示す距離に比較して長くなる。これに対して、円柱の傾斜方向と反対側を回り込む経路（図中に実線で示す）は前方へ傾いた円柱の傾斜方向と反対側を回り込むので、円柱を回り込む距離は、図６に実線で示す距離に比較して短くなる。
尚、図５及び図６では、大きさが零のＡＧＣ１が一定速度で目標位置に向かって移動する場合を想定し、ＡＧＣ１が円柱の外周面に沿って移動可能として説明している。
【００３０】
さて、制御装置３は、上述したように設定した障害物領域を回避するように３次元空間において経路計画を行う。経路計画の手法としては、図７に示すように、まず３次元空間を設定してから（Ｓ１）、移動障害物を検知したかを判定する（Ｓ２）。移動障害物を検知しない場合は（Ｓ２：ＮＯ）、３次元空間で経路探索を行い（Ｓ６）、移動経路を生成してから（Ｓ７）、その移動経路に沿って移動する（Ｓ８）。
【００３１】
一方、移動障害物を検知した場合は（Ｓ２：ＹＥＳ）、移動障害物の位置及び時間に関する移動情報を取得することで速度情報及び加速度情報を算出し（Ｓ３）、それらの情報に基づいて障害物領域を算出し（Ｓ４）、その障害物領域を３次元空間に描写する（Ｓ５）。
【００３２】
移動障害物を検知する毎に上記動作を実行し、全ての移動障害物に対応する障害物領域の３次元空間への描写が終了した場合は、３次元空間に到達時間も指定した目標位置を設定し、例えばＲＲＴ（Rapidly-exploring Random Tree）、ＰＲＭ（Probabilistic Roadmap Method）、Ａ＊（A-star）等の経路探索手法を用いて３次元空間で障害物領域を回避して目標位置に最短で到着可能な経路を探索する（Ｓ６）。そして、移動経路を生成してから（Ｓ７）、移動経路に沿って移動する（Ｓ８）。
【００３３】
尚、図７には示していないが、設定した当初の目標時間に対して経路を探索できない場合には、より進んだ時間に対して目標位置を設定して経路探索を再度実行する。さらに到達時間と位置に対する経路が探索できない場合には、より進んだ時間に対して目標位置を設定し経路探索を更に再度実行する。このような動作を到達時間と位置に対する移動経路が生成できるまで繰り返す。
【００３４】
ところで、実際の経路探索では、図８に示すようにＡＧＣ１の周囲に複数の移動障害物Ａ〜Ｃが位置している場合があり、そのような場合は、複数の障害物領域Ａｘ〜Ｃｘを３次元空間に設定し、それらの障害物領域Ａｘ〜Ｃｘを回避して最短で目標位置に到達する移動経路を生成することになる。
【００３５】
また、障害物領域を設定する場合は、移動障害物の軌跡を中心とした円に所定の誤差を含ませるように簡易的な誤差を設定するのが有効である。この場合、移動障害物は下記の式で示される円錐形状となる。誤差としては、衝突予測点に到達するまでの移動時間の経過による移動位置の誤差を例示でき、軌跡を中心とした円に時間に比例した誤差を含ませることになる。障害物領域は、この手法以外にも既存技術のように統計的に位置のばらつきを算出する方法や上述した方法以外の方法により設定しても良い。
【００３６】
【数２】
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【００３７】
以上のようにして、制御装置３は、ＡＧＣ１の周囲に複数の移動障害物が位置している場合であっても、それらに対応した障害物領域を３次元空間に立体的に描写し、それらの障害物領域を回避して目標位置に最短で到達可能な移動経路を生成することができる。
【００３８】
このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
ＡＧＣ１の制御装置３は、時間軸を含めた３次元空間に障害物領域を立体的に描写し、障害物領域を回避する経路を探索するので、衝突予測点での移動障害物の動きを考慮して目標位置に最短で到達可能な移動経路を生成することができる。これにより、衝突予測点での移動障害物の動きの影響を受けることなく目標位置への到達時間を短縮可能となる。
【００３９】
時間軸も含めた３次元空間に障害物領域を設定することで、障害物領域を数式で表現できるので、Ａ＊やＲＲＴといった従来の経路計画手法が適用でき、移動経路の計算が容易になる。
複数の移動障害物に対して障害物領域を設定することにより大きく迂回した移動経路を生成することを抑制することができるので、目標位置への到達時間を短縮できる。
【００４０】
（第２実施形態）
第２実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。この第２実施形態は、移動障害物の種別に対応して通行可能領域を設けたことを特徴とする。
図９に示すように、制御部９には障害物特定部１７が付加されている。この障害物特定部１７は、例えばカメラにより移動障害物である人やフォークリフトなどを撮像して当該移動障害物の種別を識別可能である。
【００４１】
さて、工場においては歩行者が通行する場所や、フォークリフトが通行する場所を予め定めている場合が一般的である。そこで、移動障害物の種別に対応した通行可能領域を予め設定し、障害物特定部１７により移動障害物の種別を検出した場合は、その種別に対応して設定した通行可能領域内に障害物領域を設定するようにした。
【００４２】
具体的には、例えば人が直線的に通行するように規制されている場所は、図１０に示すように３次元空間に直方体の通行可能領域を予め設定する。そして、通行可能領域を通行しようとする人を検出した場合は、その通行可能領域内に人の移動に対応する障害物領域を設定し、その障害物領域を回避して目標位置に最短で到達する移動経路を生成する。
【００４３】
このような実施形態によれば、移動障害物の種別に対応して通行可能領域を予め設定し、その通行可能領域内に障害物領域を設定するようにしたので、より短い移動経路を算出することができ、目標位置への到達時間を短縮することが可能となる。
【００４４】
（第３実施形態）
第３実施形態について図１１を参照して説明する。この第３実施形態は、ＡＧＣ１の走行性能を考慮して経路を探索することを特徴とする。
【００４５】
ＡＧＣ１の走行性能は、最高速度、最高加速度、最高角速度、最高角加速度により限界が規定される。そこで、最高速度、最高加速度、最高角速度、最高角加速度の少なくとも１つ以上の移動情報をもとにＡＧＣ１が到達可能な経路生成範囲（図１１の斜線領域）を算出し、それを超えた領域には経路探索を行わないように制限する。
【００４６】
具体例としては、本実施形態のようにメカナムホイールを用いた全方位移動可能なＡＧＣ１の場合は、例えば最高速度の限界を規定すると、経路生成範囲は以下の式のような円錐形の範囲となるので、その範囲内で経路を探索する。
【数３】
2020004095.tif 000005
【００４７】
このような実施形態によれば、ＡＧＣ１の走行性能を考慮して経路生成範囲を設定し、その範囲内で経路探索を行うようにしたので、設定時間に対してＡＧＣ１が到達不可能な領域に経路生成することを抑制でき、計算した移動経路と実際に走行する移動経路とがずれてしまうことを抑制することができる。
【００４８】
（第４実施形態）
第４実施形態について図１２を参照して説明する。この第４実施形態は、ＡＧＣ１の移動に影響を与えない移動障害物に対応した障害物領域を算出対象外としたことを特徴とする。
【００４９】
図１２に示すように、ＡＧＣ１の移動方向と異なる方向に移動、つまりＡＧＣ１の移動に影響を与えない移動障害物Ｂ、Ｃに関しては障害物領域を算出対象外とする。
具体的には、ＡＧＣ１の速度ベクトルと移動障害物の速度ベクトルの両方を正数倍し、それらの速度ベクトルが交わるかどうかを判定することで、移動障害物Ａ〜ＣがＡＧＣ１の移動の妨げとなるかどうかを判別するもので、この方法以外の判定手法を用いても良い。
【００５０】
このような実施形態によれば、ＡＧＣ１の移動に関与しない移動障害物に対応した障害物領域を除外して経路計算することで、経路計画における計算時間を短縮できるので、経路計画に要する時間が短くなり、迅速に移動開始することが可能となる。
【００５１】
（その他の実施形態）
目標位置の設定を目標位置における時間軸に平行な直線上に設定し、到達した場合は直線上を移動するように移動経路を生成するようにしても良い。
３次元空間に３次元のグリッドマップを加え、移動障害物の予測領域と重なった立方格子を障害物領域として設定し、経路計画を行うようにしても良い。
経路計画の一部として上述した方法以外の手法を用いても良い。
【００５２】
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００５３】
図面中、１はＡＧＣ（自律移動体）、２は走行ユニット、３は制御装置（自律移動体制御装置）、８は障害物検知部、１３は障害物状態算出部、１４は障害物領域算出部、１５は経路計画部、１６は移動制御部、１７は障害物特定部である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020004095.tif 000012
【図８】
2020004095.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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