(57)【要約】【課題】  計画された移動経路上の通過地点の経路余裕を予め把握することが可能な経路計画装置を提供する。【解決手段】  経路計画装置３は、障害物が存在する障害物領域３００が示されるグローバルマップを生成するグローバルマップ生成部３１と、グローバルマップに含まれる障害物領域３００の輪郭を段階的に拡張して、拡張障害物領域３２０及び３つの拡張領域３２１〜３２３を生成する拡張領域生成部３２と、拡張障害物領域３２０及び３つの拡張領域３２１〜３２３を重ね合わせて積算し、積算マップを生成する積算マップ生成部３３と、積算マップから移動可能領域３４０を抽出して細線化する移動可能領域抽出部３４と、細線化された移動可能領域３４１から移動経路３５０を計画する際に、移動経路３５０上のサブゴール３６０が属する積算マップ上の拡張領域３２１〜３２３に応じて当該サブゴール３６０における経路余裕を取得する経路計画部３５とを備える。【選択図】  図１
2010061355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得ステップと、
前記環境地図取得ステップにおいて取得された前記環境地図に含まれる前記障害物領域の輪郭を段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する拡張領域生成ステップと、
前記拡張領域生成ステップにおいて生成された前記複数の拡張領域を重ね合わせて積算し、積算地図を生成する積算地図生成ステップと、
前記積算地図生成ステップにおいて生成された前記積算地図から移動可能領域を抽出する移動可能領域抽出ステップと、
前記移動可能領域抽出ステップにおいて抽出された前記移動可能領域から移動経路を計画するとともに、移動経路上の通過地点が属する前記積算地図上の拡張領域に応じて当該通過地点における経路余裕を取得する経路計画ステップと、を備える、ことを特徴とする経路計画方法。
【請求項２】
前記経路計画方法は、移動経路に沿って移動する自律移動装置により使用される移動経路を計画する経路計画方法であって、
前記拡張領域生成ステップでは、前記障害物領域の輪郭を前記自律移動装置の半径だけ拡張するとともに、拡張された障害物領域の輪郭をさらに所定の拡張幅で段階的に拡張することを特徴とする請求項１に記載の経路計画方法。
【請求項３】
前記所定の拡張幅は、前記自律移動装置の半径であることを特徴とする請求項２に記載の経路計画方法。
【請求項４】
障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、
前記環境地図取得手段により取得された前記環境地図に含まれる前記障害物領域の輪郭を段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する拡張領域生成手段と、
前記拡張領域生成手段により生成された前記複数の拡張領域を重ね合わせて積算し、積算地図を生成する積算地図生成手段と、
前記積算地図生成手段により生成された前記積算地図から移動可能領域を抽出する移動可能領域抽出手段と、
前記移動可能領域抽出手段により抽出された前記移動可能領域から移動経路を計画するとともに、移動経路上の通過地点が属する前記積算地図上の拡張領域に応じて当該通過地点における経路余裕を取得する経路計画手段と、を備える、ことを特徴とする経路計画装置。
【請求項５】
前記経路計画装置は、移動経路に沿って移動する自律移動装置により使用される移動経路を計画する経路計画装置であって、
前記拡張領域生成手段は、前記障害物領域の輪郭を前記自律移動装置の半径だけ拡張するとともに、拡張された障害物領域の輪郭をさらに所定の拡張幅で段階的に拡張することを特徴とする請求項４に記載の経路計画装置。
【請求項６】
前記所定の拡張幅は、前記自律移動装置の半径であることを特徴とする請求項５に記載の経路計画装置。
【請求項７】
周囲環境の中を計画された移動経路に沿って移動する自律移動装置であって、
請求項４〜６のいずれか１項に記載の経路計画装置を備える、ことを特徴とする自律移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動経路を計画する経路計画方法、経路計画装置、及び経路計画装置を備えた自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、計画された経路に沿って出発点（スタート位置）から目的地（ゴール位置）まで自律して移動する自律移動装置が知られている。自律移動する経路の計画を行うときには、例えば、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）技術等を用いて、ｘｙ平面をグリッド分割した環境地図（障害物が存在する領域と存在しない領域を表した地図）を生成し、該環境地図から移動可能領域を抽出し、その移動可能領域に沿ってユーザから与えられたスタート位置とゴール位置との間をつなぐことにより移動経路を計画する。
【０００３】
ここで、環境地図から移動可能領域を抽出する際に、自律移動装置の大きさを点と見なすことができるように障害物領域の境界を自律移動装置の大きさに相当する量だけ拡張（伸長）する手法が用いられている。このような障害物領域の境界を拡張する手法として、ポテンシャル関数を利用する手法が、特許文献１に記載されている。特許文献１記載の方法によれば、まず、障害物領域においてある一定のポテンシャル値を持ち、障害物領域からの距離に応じて単調に減少するポテンシャル関数を考え、移動可能領域の各グリッドに対してポテンシャル関数で計算される値の総和をその位置のポテンシャル値とするポテンシャル場が作成される。次に、そのポテンシャル場を利用して、ポテンシャル値が所定のしきい値以上となる領域が新たな障害物領域として本来の障害物領域に加えられる。また、ポテンシャル値が所定のしきい値以下となる領域が新たな移動可能領域とされる。
【特許文献１】特開平７−１２９２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、自律移動装置の移動制御を行う場合において、制御周期及び制御遅れをゼロにすることはできないため、現実の自律移動装置の挙動は、意図した挙動に対して僅かながら誤差（応答遅れ）を生じる。そして、この誤差は移動速度が速くなるほど顕著になる。そのため、狭い通路（経路）を自律移動装置が通過する際には、この誤差の影響により、障害物と干渉するおそれがある。よって、その経路上の通過地点が通行可能であることしか分らない状況においては、通路（経路）が十分に広い場合であっても、狭い場合であっても、上述した誤差が小さくなるような遅い速度で移動する必要があった。
【０００５】
上述した経路計画方法によれば、ポテンシャル値が所定のしきい値以下であれば通過可能と判断されて経路が計画されるが、計画された経路の余裕（通路の幅）を予め把握することについては何ら考慮されていない。すなわち、移動経路上の通過地点における経路余裕は通過地点毎に異なることが多いが、上述した経路計画方法では、計画された移動経路上の通過地点毎の経路余裕を予め把握することができなかった。そのため、制御周期及び制御遅れを考慮して、経路に余裕がある場所でも、経路に余裕がない場所と同様に、遅い速度で移動する必要があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、計画された移動経路上の通過地点の経路余裕を予め把握することが可能な経路計画方法、経路計画装置、及び該経路計画装置を備えた自律移動装置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】
【０００７】
本発明に係る経路計画方法は、障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得ステップと、環境地図取得ステップにおいて取得された環境地図に含まれる障害物領域の輪郭を段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する拡張領域生成ステップと、拡張領域生成ステップにおいて生成された複数の拡張領域を重ね合わせて積算し、積算地図を生成する積算地図生成ステップと、積算地図生成ステップにおいて生成された積算地図から移動可能領域を抽出する移動可能領域抽出ステップと、移動可能領域抽出ステップにおいて抽出された移動可能領域から移動経路を計画するとともに、移動経路上の通過地点が属する積算地図上の拡張領域に応じて当該通過地点における経路余裕を取得する経路計画ステップとを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る経路計画装置は、障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、環境地図取得手段により取得された環境地図に含まれる障害物領域の輪郭を段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する拡張領域生成手段と、拡張領域生成手段により生成された複数の拡張領域を重ね合わせて積算し、積算地図を生成する積算地図生成手段と、積算地図生成手段により生成された積算地図から移動可能領域を抽出する移動可能領域抽出手段と、移動可能領域抽出手段により抽出された移動可能領域から移動経路を計画するとともに、移動経路上の通過地点が属する積算地図上の拡張領域に応じて当該通過地点における経路余裕を取得する経路計画手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る経路計画方法及び経路計画装置によれば、障害物領域の輪郭が段階的に拡張されることにより生成された複数の拡張領域が重ね合わされて積算され、積算地図が生成される。すなわち、積算地図上の各拡張領域の境界（輪郭）は、障害物領域からの距離に応じて配置される。そのため、積算地図から抽出された移動可能領域を通るように移動経路が計画される際に、移動経路上の通過地点が属する積算地図上の拡張領域から当該通過地点の経路余裕を把握することができる。よって、計画された移動経路上の通過地点の経路余裕を予め（経路計画段階で）把握することが可能となる。また、通過地点が属する拡張領域から経路余裕を把握することができるため、より少ない演算量で通過地点の経路余裕を認識することが可能となる。
【００１０】
本発明に係る経路計画方法は、移動経路に沿って移動する自律移動装置により使用される移動経路を計画する経路計画方法であって、上記拡張領域生成ステップにおいて、障害物領域の輪郭を自律移動装置の半径だけ拡張するとともに、拡張された障害物領域の輪郭をさらに所定の拡張幅で段階的に拡張することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る経路計画装置は、移動経路に沿って移動する自律移動装置により使用される移動経路を計画する経路計画装置であって、上記拡張領域生成手段が、障害物領域の輪郭を自律移動装置の半径だけ拡張するとともに、拡張された障害物領域の輪郭をさらに所定の拡張幅で段階的に拡張することが好ましい。
【００１２】
この場合、まず自機の半径だけ障害物領域の輪郭が拡張されるため、移動可能領域を抽出する際に、拡張された障害物領域の輪郭に対して自機の大きさを点と見なすことができる。また、拡張された障害物領域の輪郭が所定の拡張幅でさらに拡張されるため、移動経路上の通過地点の経路余裕を、該拡張幅を単位とし、該拡張幅の倍数で把握することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る経路計画方法では、上記所定の拡張幅が、自律移動装置の半径であることが好ましい。また、本発明に係る自律移動装置では、上記所定の拡張幅が、自律移動装置の半径であることが好ましい。
【００１４】
この場合、拡張された障害物領域の輪郭が、自機の半径ずつ段階的に拡張されるため、移動経路上の通過地点の経路余裕を自機の半径の倍数で把握することが可能となる。また、拡張幅を自機の半径で統一することにより、制御装置の演算負荷を低減することができる。
【００１５】
本発明に係る自律移動装置は、周囲環境の中を計画された移動経路に沿って移動する自律移動装置であって、上述したいずれかの経路計画装置を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る自律移動装置によれば、上述したいずれかの経路計画装置を備えているため、各通過地点毎の経路余裕を予め把握することができる。よって、例えば、各通過地点の経路余裕に応じた適切な移動速度を各通過地点毎に予め設定すること等が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、障害物領域の輪郭を段階的に拡張して複数の拡張領域を生成するとともに、移動経路を計画する際に、移動経路上の通過地点が属する拡張領域に応じて当該通過地点における経路余裕を取得する構成としたので、計画された移動経路上の通過地点の経路余裕を予め把握することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
まず、図１を用いて、実施形態に係る経路計画装置３、及び該経路計画装置３が搭載された自律移動装置１の構成について説明する。図１は、経路計画装置３が搭載された自律移動装置１の構成を示す機能ブロック図である。
【００２０】
自律移動装置１は、周囲の環境地図（障害物が存在する領域と存在しない領域を表した地図、以下「グローバルマップ」ともいう）を取得し、グローバルマップ上の出発点（スタート位置）と目的地（ゴール位置）との間をつなぐ移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿ってスタート位置からゴール位置まで自律して移動する機能を有するものである。なお、スタート位置とゴール位置とはユーザから与えられる。そのため、自律移動装置１は、その下部に電動モータ１２及び該電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する障害物との距離を計測するレーザレンジファインダ２０とを備えている。また、自律移動装置１は、移動経路を計画する経路計画装置３を含み、計画された経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する電子制御装置３０を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００２１】
本体１０は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体１０に、上述したレーザレンジファインダ２０、及び経路計画装置３を含む電子制御装置３０等が取り付けられている。なお、本体１０の形状は略有底円筒状に限られない。本体１０の下部には、４つの電動モータ１２が十字状に配置されて取り付けられている。４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａにはオムニホイール１３が装着されている。すなわち、４つのオムニホイール１３は、同一円周上に周方向に沿って９０°ずつ間隔を空けて取り付けられている。
【００２２】
オムニホイール１３は、電動モータ１２の駆動軸１２Ａを中心にして回転する２枚のホイール１４と、各ホイール１４の外周に電動モータ１２の駆動軸１２Ａと直交する軸を中心として回転可能に設けられた６個のフリーローラ１５とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、２枚のホイール１４は位相を３０°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ１２が駆動されてホイール１４が回転すると、６個のフリーローラ１５はホイール１４と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ１５が回転することにより、オムニホイール１３は、そのホイール１４の回転軸に並行な方向にも移動することができる。そのため、４つの電動モータ１２を独立して制御し、４つのオムニホイール１３それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置１を任意の方向（全方向）に移動させることができる。
【００２３】
４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａには、該駆動軸１２Ａの回転角度を検出するエンコーダ１６が取り付けられている。各エンコーダ１６は、電子制御装置３０と接続されており、検出した各電動モータ１２の回転角度を電子制御装置３０に出力する。電子制御装置３０は、入力された各電動モータ１２の回転角度から、自律移動装置１の移動量を演算する。
【００２４】
レーザレンジファインダ２０は、自機の正面方向（前方）を向くようにして自律移動装置１の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ２０は、レーザを射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置１の周囲を中心角２４０°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ２０は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。なお、レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置３０と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置３０に出力する。
【００２５】
電子制御装置３０は、自律移動装置１の制御を総合的に司るものである。電子制御装置３０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置３０は、レーザレンジファインダ２０とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１２を駆動するモータドライバ等も備えている。
【００２６】
電子制御装置３０は、移動経路の計画及び該移動経路の経路余裕の取得を行う経路計画装置３を含んでおり、移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する。電子制御装置３０を構成する経路計画装置３は、移動経路を計画するとともに該移動経路の経路余裕を取得するために、グローバルマップ生成部３１、拡張領域生成部３２、積算マップ生成部３３、移動可能領域抽出部３４、及び経路計画部３５を有している。また、電子制御装置３０は、センサ取得部３６、障害物情報取得部３７、走行指令計算部３８、及び自機情報取得部３９等も有している。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。
【００２７】
グローバルマップ生成部３１は、例えばＳＬＡＭ技術等を利用して、障害物が存在する領域（障害物領域）と存在しない領域とを表したグローバルマップを生成する。すなわち、グローバルマップ生成部３１は、特許請求の範囲に記載の環境地図取得手段として機能する。ここで、グローバルマップは、水平面を所定の大きさ（例えば縦横１ｃｍ）のブロックで分割した平面からからなる地図であり、障害物があるグリッドには例えば「０」より大きな値が与えられ、障害物がないグリッドには「０」未満の値が与えられる。ＳＬＡＭ技術を利用してグローバルマップを生成する場合、まず、グローバルマップ生成部３１は、レーザレンジファインダ２０からセンサ取得部３６を介して読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報に基づいてローカルマップを生成する。また、グローバルマップ生成部３１は、自機情報取得部３９から自己位置を取得する。なお、自機情報取得部３９は、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、ローカルマップとグローバルマップとを照合し、その結果に基づいて自己位置を推定する。続いて、グローバルマップ生成部３１は、レーザレンジファインダ２０を原点にしたローカルマップを、レーザレンジファインダ２０を原点にした座標系からグローバルマップの座標系に自己位置にあわせて座標変換することにより、ローカルマップをグローバルマップに投影する。そして、グローバルマップ生成部３１は、この処理を移動しつつ繰り返して実行し、ローカルマップをグローバルマップに順次足し込んで行く（継ぎ足してゆく）ことにより周囲環境全体のグローバルマップを生成する。
【００２８】
拡張領域生成部３２は、グローバルマップ生成部３１により生成されたグローバルマップに含まれる障害物領域の輪郭を、自機の半径だけ拡張して、拡張された障害物領域（以下「拡張障害物領域」ともいう）を生成するとともに、この拡張障害物領域の輪郭をさらに所定の拡張幅で段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する。すなわち、拡張領域生成部３２は、特許請求の範囲に記載の拡張領域生成手段として機能する。拡張領域の生成には、例えば、公知のＭｉｎｋｏｗｓｋｉ和を利用することができる。すなわち、図３に示されるように、障害物領域３００の輪郭（境界）を、自律移動装置１の半径ｒに相当する量だけ拡張することにより、拡張障害物領域３２０が生成される。この処理により、拡張障害物領域３２０に対して、自律移動装置１の大きさを点とみなすことができる。さらに、拡張領域生成部３２は、拡張障害物領域３２０毎にその輪郭を所定の拡張幅ずつ３段階に拡張し、３つの拡張領域、すなわち、第１拡張領域３２１、第２拡張領域３２２、及び第３拡張領域３２３を生成する（図４参照）。なお、本実施形態では、所定の拡張幅として、自機の半径ｒを用いた。すなわち、拡張領域生成部３２は、拡張障害物領域３２０の輪郭を自律移動装置１の半径ｒに相当する量だけ拡張することにより第１拡張領域３２１を生成し、該第１拡張領域３２１の輪郭を半径ｒに相当する量だけ拡張することによって第２拡張領域３２２を生成するとともに、該第２拡張領域３２２の輪郭を半径ｒだけ拡張することによって第３拡張領域３２３を生成する。
【００２９】
積算マップ生成部３３は、拡張領域生成部３２により生成された複数の拡張領域（本実施形態では、拡張障害物領域３２０，第１拡張領域３２１，第２拡張領域３２２，第３拡張領域３２３）を重ね合わせて積算し、積算マップを生成する。すなわち、積算マップ生成部３３は、特許請求の範囲に記載の積算地図生成手段として機能する。より具体的には、図４に示されるように、拡張障害物領域３２０，第１拡張領域３２１，第２拡張領域３２２，第３拡張領域３２３それぞれに含まれる全グリッドに例えば「１」の値（重み）を与えて、拡張障害物領域３２０及び各拡張領域３２１〜３２３を重ねあわせて積算することにより、積算マップが生成される。すなわち、積算マップにおいて、第１拡張領域３２１と第２拡張領域３２２と第３拡張領域３２３とが重なり合う領域の積算値（重み）は「３」となる。同様に、第２拡張領域３２２と第３拡張領域３２３のみが重なり合う領域（第２拡張領域３２２から第１拡張領域３２１を除いた領域）の積算値（重み）は「２」となる。また、第３拡張領域３２３のみの領域（第３拡張領域３２３から第２拡張領域３２２を除いた領域）の値（重み）は「１」となる。そのため、積算マップ上の各領域（各グリッド）の積算値は、自律移動装置１の半径ｒを単位として、拡張障害物領域３２０（すなわち障害物）からの距離に応じた値を表すこととなり、積算値が大きい領域（グリッド）ほど障害物に近く、逆に積算値が小さい領域（グリッド）ほど障害物から遠いことを表す。よって、積算マップ上の各領域（各グリッド）の積算値から、障害物との距離（経路余裕）を把握することができる。
【００３０】
移動可能領域抽出部３４は、積算マップ生成部３３により生成された積算マップから、障害物と接触することなく移動することができる領域（移動可能領域）を抽出する。すなわち、移動可能領域抽出部３４は、特許請求の範囲に記載の移動可能領域抽出手段として機能する。図５に示されるように、本実施形態では、積算マップ上において、拡張障害物領域３２０以外の領域（図５において斜線部を除く領域）を移動可能領域３４０として抽出する。また、移動可能領域抽出部３４は、抽出された移動可能領域３４０の細線化処理を行う。移動可能領域３４０の細線化処理は、例えば、公知のＨｉｌｄｉｔｃｈの細線化法を利用して行うことができる。すなわち、移動可能領域抽出部３４は、移動可能領域３４０が線になるまで、移動可能領域３４０を拡張障害物領域３２０から１ピクセルずつ削ってゆくことにより細線化を行う。よって、細線化により得られた線状の移動可能領域３４１は、周囲に存在する障害物からもっとも遠い移動可能領域を表す。
【００３１】
経路計画部３５は、移動可能領域抽出部３４により抽出され細線化された移動可能領域３４１の中から、スタート位置とゴール位置との間をつなぐ最短経路を探索することにより移動経路を計画する。また、経路計画部３５は、計画された移動経路上の通過地点（以下「サブゴール」ともいう）が属する積算マップ上の拡張領域３２１〜３２３から、サブゴールにおける経路の余裕を取得する。すなわち、経路計画部３５は、特許請求の範囲に記載の経路計画手段として機能する。より詳細には、まず、経路計画部３５は、細線化された移動可能領域３４１のノード探索を実行する。すなわち、すべてのノード３４２を探索し、図６に示されるような、ノードマップとして表現する。なお、ここで、細線化された移動可能領域３４１の分岐点（又は結合点）をノード３４２とし、ノード３４２とノード３４２とをつなぐ細線化された移動可能領域３４１をリンク３４３とする。
【００３２】
次に、経路計画部３５は、例えば公知のＡ＊アルゴリズム（Ａスター・アルゴリズム）等の探索アルゴリズムを用いて最短経路探索を行い、移動経路を決定する。すなわち、経路計画部３５は、図７に示されるように、スタート位置３５１とゴール位置３５２を基点として、例えばＡ＊アルゴリズムを用いて、積算マップ上のどのノード３４２、どのリンク３４３を通ると最小コスト（最短経路）になるかを演算し、経路３５０を決定する。続いて、経路計画部３５は、図８に示されるように、決定された経路３５０上のサブゴール３６０がどの拡張領域３２１〜３２３に属しているか（又は拡張領域３２１〜３２３に属さないか）によりサブゴール３６０毎の経路余裕情報を取得する。ここで、上述した積算マップ上の各拡張領域の積算値（例えば「１」「２」「３」）を経路余裕情報として用いることができる。そして、経路計画部３５は、取得した各サブゴール３６０の経路余裕情報を、サブゴール点列（座標列）で表された経路情報に、サブゴール３６０毎に対応付けて付加する。このようにして、経路余裕情報が付加された経路情報が取得される。なお、自律移動装置１が移動経路３５０に沿って移動する際には、自己位置に対して次の目標通過位置となるサブゴールの座標と、該サブゴールにおける経路余裕情報とが読み込まれることにより、自機の移動が制御される。
【００３３】
次に、図２〜図８を併せて参照しつつ経路計画装置３の動作、及び経路計画方法について説明する。図２は、経路計画装置３による経路計画処理の処理手順を示すフローチャートである。図２に示される経路計画処理は、経路計画装置３（電子制御装置３０）によって行われるものであり、自律移動を行う前に、例えばユーザの指示操作を受けて実行される。
【００３４】
まず、ステップＳ１００では、レーザレンジファインダ２０から読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報等に基づいてグローバルマップが生成される。なお、グローバルマップの生成方法については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。次に、ステップＳ１０２では、まず、グローバルマップに含まれている障害物領域３００毎に、その輪郭が自機の半径ｒだけ拡張されて拡張障害物領域３２０が生成される。ステップＳ１０２では、さらに、拡張障害物領域３２０が所定の拡張幅（本実施形態では自機の半径ｒ）ずつ３段階に拡張され、３つの拡張領域、すなわち、第１拡張領域３２１、第２拡張領域３２２、及び第３拡張領域３２３が生成される（図３，４参照）。
【００３５】
続くステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で生成された拡張障害物領域３２０、第１拡張領域３２１、第２拡張領域３２２、及び第３拡張領域３２３が重ね合わされて積算され、積算マップが生成される（図４参照）。続いて、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で生成された積算マップから、拡張障害物領域３２０を除く領域が、障害物と接触することなく移動することができる移動可能領域３４０として抽出される（図５参照）。次に、ステップＳ１０８では、抽出された移動可能領域３４０の細線化処理が行われる。なお、移動可能領域３４０の細線化処理については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３６】
続くステップＳ１１０では、細線化された移動可能領域３４１のノード探索が実行される（図６参照）。続いて、ステップＳ１１２では、スタート位置とゴール位置を基点として、例えばＡ＊アルゴリズムを用いて、積算マップ上のどのノード３４２、どのリンク３４３を通ると最小コスト（最短経路）になるかが演算され、経路３５０が決定される（図７参照）。
【００３７】
続くステップＳ１１４では、決定された経路３５０上のサブゴール３６０がどの拡張領域３２１〜３２３に属しているか（又は拡張領域３２１〜３２３に属さないか）によりサブゴール３６０毎の経路余裕情報が取得される（図８参照）。そして、取得された各サブゴール３６０の経路余裕情報が、サブゴール点列（座標列）で表された経路情報に、サブゴール３６０毎に対応付けて付加されることにより、経路余裕情報が付加された経路情報が取得される。そして、このようにして取得された移動経路３５０に沿って自律移動装置１が移動するとき、例えば、重み「０」の経路を通過する速度に比べて、重み「１」の経路（図８中の極太線で示された区間）を通過する速度が遅くなるように、電子制御装置３０は、自律移動装置１の進行速度を制御する。なお、上述した例では、移動経路３５０が重み「２」の領域を通過していないが、移動経路３５０が重み「２」の領域を通過する場合は、進行速度を重み「１」の領域よりも遅くすることもできる。また、重み「３」の領域を通過する場合は、移動経路３５０から外れるように制御してもよい。
【００３８】
本実施形態によれば、障害物領域３００の輪郭が段階的に拡張されることにより生成された、拡張障害物領域３２０及び３つの拡張領域３２１〜３２３が重ね合わされて積算され、積算マップが生成される。よって、積算マップ上の各拡張領域３２１〜３２３の境界は、拡張障害物領域３２０（すなわち障害物）からの距離に応じて配置される。そのため、移動経路３５０が計画される際に、移動経路３５０上のサブゴール３６０が属する拡張領域３２１〜３２３の積算値から当該サブゴール３６０の経路余裕を把握することができる。よって、計画された移動経路３５０上のサブゴール３６０の経路余裕を予め（経路計画段階で）把握することが可能となる。また、本実施形態によれば、サブゴール３６０が属する拡張領域３２１〜３２３の積算値から経路余裕を把握することができるため、より少ない演算量でサブゴール３６０の経路余裕を認識することが可能となる。
【００３９】
本実施形態によれば、まず自機の半径ｒだけ、障害物領域３００の輪郭が拡張されるため、移動可能領域３４０を抽出する際に、拡張された障害物領域３００（拡張障害物領域３２０）の輪郭に対して自機の大きさを点と見なすことができる。また、拡張障害物領域３２０の輪郭が所定の拡張幅（本実施形態では自機の半径ｒ）でさらに拡張されるため、移動経路上の通過地点の経路余裕を、該拡張幅を単位とし、該拡張幅の倍数で把握することが可能となる。なお、本実施形態では、所定の拡張幅として自機の半径ｒを用いることにより、拡張幅を同じ値に統一したので、電子制御装置３０の演算負荷を低減することができる。
【００４０】
本実施形態に係る自律移動装置１によれば、上述した経路計画装置３を備えているため、サブゴール３６０毎の経路余裕を予め把握することができる。よって、例えば、各サブゴール３６０の経路余裕に応じた適切な移動速度及び障害物回避速度をサブゴール３６０毎に予め設定することが可能となる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、拡張障害物領域３２０を拡張する際の拡張幅を自機の半径ｒとしたが、この拡張幅は自機の半径ｒに限られることなく、任意に設定することができる。また、上記実施形態では、拡張障害物領域３２０を３段階に拡張したが、２段階又は４段階以上に拡張してもよい。さらに、各拡張領域３２１〜３２３を積算する際に各拡張領域３２１〜３２３を構成するグリッドに与えられる値（重み）は「１」に限られることなく、任意の値を設定することができる。
【００４２】
上記実施形態では、最短経路探索にＡ＊アルゴリズムを利用したが、その他のアルゴリズム、例えば、ダイクストラ法、最良優先探索等を利用してもよい。
【００４３】
上記実施形態では、グローバルマップを生成する際に、ＳＬＡＭ技術を利用して生成したが、グローバルマップはＳＬＡＭ以外の他の方法を利用して生成してもよい。また、グローバルマップは建築図面から作成してもよく、さらに、他の装置で生成したグローバルマップを自機に移植してもよい。また、グローバルマップを生成する際にレーザレンジファインダ２０を用いて障害物との距離を測定したが、レーザレンジファインダに代えて又は加えて、例えばステレオカメラ、超音波センサ等を用いる構成としてもよい。
【００４４】
上記実施形態では、車輪として全方位に移動可能なオムニホイール１３を採用したが、通常の車輪（操舵輪及び駆動輪）を用いる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態に係る経路計画装置が搭載された自律移動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る経路計画装置による経路計画処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】障害物領域の拡張方法（Ｍｉｎｋｏｗｓｋｉ和演算）を説明するための図である。
【図４】積算マップの生成方法を説明するための図である。
【図５】移動可能領域の抽出方法及び細線化方法を説明するための図である。
【図６】ノードの探索方法を説明するための図である。
【図７】最短経路の探索方法を説明するための図である。
【図８】経路余裕の取得方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  自律移動装置
３  経路計画装置
１０  本体
１２  電動モータ
１３  オムニホイール
１４  ホイール
１５  フリーローラ
１６  エンコーダ
２０  レーザレンジファインダ
３０  電子制御装置
３１  グローバルマップ生成部
３２  拡張領域生成部
３３  積算マップ生成部
３４  移動可能領域抽出部
３５  経路計画部
【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】
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【図８】
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