(57)【要約】【課題】  環境地図上で、障害物領域と自律走行装置の占有領域とが重なったとしても、走行不能に陥ることなく、目的位置への走行を開始できる。【解決手段】  推定した自己位置が障害物領域又はその周辺領域である場合に、目的位置では無い障害物領域から離れた退避位置への走行経路を計画する一方、推定した自己位置が障害物領域又はその周辺領域で無い場合に、移動可能領域から目的位置までの走行経路を計画する。【選択図】  図2
2014010797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計画された移動経路に沿って目的位置まで自律的に走行する自律走行装置において、
障害物が存在する障害物領域を示す環境地図を記憶する地図記憶部と、
前記環境地図から前記自律走行装置の走行可能領域を抽出する領域抽出部と、
前記環境地図において前記自律走行装置の自己位置を推定する自己位置推定部と、
推定した自己位置が前記障害物領域又はその周辺領域である場合に、前記目的位置では無い当該障害物領域から離れた退避位置への走行経路を計画する一方、推定した自己位置が前記障害物領域又はその周辺領域で無い場合に、前記移動可能領域から前記目的位置までの走行経路を計画する経路計画部と、
計画した移動経路に沿って前記目的位置まで走行する走行部と、を含むことを特徴とする自律走行装置。
【請求項２】
前記経路計画部は、前記環境地図において、前記推定した自己位置と前記障害物領域とが重なっている場合に、前記自己位置と前記障害物領域との重なりが解消するまで前記障害物領域をその表面側から削る、ことを特徴とする請求項1に記載の自律走行装置。
【請求項３】
前記経路計画部は、前記環境地図において、前記障害物領域の表面から前記自己位置に向かう複数の斥力ベクトルを算出し、前記自己位置を始点としてこれらの斥力ベクトルと方向が同じでスカラーを反比例させた複数の走行ベクトルを算出し、複数の走行ベクトルの合成ベクトルを算出し、この合成ベクトル上又はその延長線上に前記退避位置を設定する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の自律走行装置。
【請求項４】
前記経路計画部は、前記合成ベクトルのスカラーを一定値に正規化した距離に前記退避位置を設定する、ことを特徴とする請求項3に記載の自律走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計画された移動経路に沿って目的位置まで自律的に走行する自律走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献1は、計画された走行経路に沿って目的位置まで自律的に走行する自律走行装置を開示している。この自律走行装置は、障害物が存在する障害物領域を示したグローバルマップにおいて自己位置を推定するとともに、自律走行装置の走行可能領域を抽出し、この走行可能領域において自己位置から目的位置までの走行経路を計画し、この計画した走行経路に沿って自己位置から目的位置まで走行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2010-66932号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自律走行装置と障害物領域との位置関係に、自己位置推定誤差、量子化誤差、形状近似誤差などの誤差が含まれることが避けられず、壁や柱等の障害物領域に自律走行装置の占有領域が重なってしまうことがある。また、例えばエレベータや充電ステーション等の障害物領域では、自律走行装置の充電ステーションへのドッキングやエレベータ籠への乗り込みによって、環境地図上における障害物領域と自律走行装置の占有領域が重なる。この場合、最も端的には、自律走行装置と障害物領域との距離が近すぎて危険であると判定し、エラーを出力することが考えられる。けれども、現実には、障害物領域と自律走行装置の占有領域とが重なることは物理上あり得ないので、障害物領域を避けた走行経路を計画できるにもかかわらず、自律走行装置が走行を開始できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下に説明する本発明の好適な側面により、前述の課題は解決される。
【０００６】
本発明の一側面は、計画された移動経路に沿って目的位置まで自律的に走行する自律走行装置に関し、
障害物が存在する障害物領域を示す環境地図を記憶する地図記憶部と、
前記環境地図から前記自律走行装置の走行可能領域を抽出する領域抽出部と、
前記環境地図において前記自律走行装置の自己位置を推定する自己位置推定部と、
推定した自己位置が前記障害物領域又はその周辺領域である場合に、前記目的位置では無い当該障害物領域から離れた退避位置への走行経路を計画する一方、推定した自己位置が前記障害物領域又はその周辺領域で無い場合に、前記移動可能領域から前記目的位置までの走行経路を計画する経路計画部と、
計画した移動経路に沿って前記目的位置まで走行する走行部と、を含む。
【０００７】
本発明の好ましい一側面では、前記経路計画部は、前記環境地図において、前記推定した自己位置と前記障害物領域とが重なっている場合に、前記自己位置と前記障害物領域との重なりが解消するまで前記障害物領域をその表面側から削る。
【０００８】
本発明のさらに好ましい一側面では、前記経路計画部は、前記環境地図において、前記障害物領域の表面から前記自己位置に向かう複数の斥力ベクトルを算出し、前記自己位置を始点としてこれらの斥力ベクトルと方向が同じでスカラーを反比例させた複数の走行ベクトルを算出し、複数の走行ベクトルの合成ベクトルを算出し、この合成ベクトル上又はその延長線上に前記退避位置を設定する。
【０００９】
本発明のさらに好ましい一側面では、前記経路計画部は、前記合成ベクトルのスカラーを一定値に正規化した距離に前記退避位置を設定する。
【発明の効果】
【００１０】
前述した本発明の各側面によれば、環境地図上で、障害物領域と自律走行装置の占有領域とが重なったとしても、走行不能に陥ることなく、目的位置への走行を開始できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態にかかる自律走行装置の構成を示すブロック図である。
【図２】走行経路の一例を示す図である。
【図３】障害物領域の削除処理を説明するための図である。
【図４】退避位置の算出処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図1〜図4を参照して本発明を好適な複数の実施例として説明するが、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載により定められるべきものであり、これらの実施例の記載により限定的に解釈されるべきでない。
【００１３】
図1に、実施形態にかかる自律走行装置1を示す。自律走行装置1は、自己の周囲の環境地図（障害物存在領域と移動可能領域とを表した地図）を作成し、自己位置（START）から与えられた目的位置（GOAL）をつなぐ走行経路を計画し、計画した走行経路に沿ってスタートからゴールまで、人や荷物などの障害物を避けながら自律して走行する。
【００１４】
そのため、自律走行装置1は、その下部に走行部としての電動モータ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、自律走行装置1は、走行経路を計画する経路計画部3を含み、計画された走行経路に沿って走行するように走行部の電動モータ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。
【００１５】
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、前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。
【００１６】
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、自律走行装置1を任意の方向（全方向）に移動させることができる。
【００１７】
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、自律走行装置1の移動量を演算する。
【００１８】
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走行装置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、自律走行装置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。
【００１９】
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を駆動するドライバ回路等も備えている。
【００２０】
電子制御装置30は、地図記憶部31、領域抽出部32、自己位置推定部33、経路計画部34、障害物回避部35、及び走行制御部36を含む。
【００２１】
地図記憶部31は、環境地図を記憶する。環境地図は、例えばSLAM技術を利用して、自律走行装置1によって自動的に作成される。ここで、環境地図は、水平面を所定の大きさ（例えば1cm×1cm）のブロックで分割した平面からからなる地図であり、各グリッドに障害物存在領域及び走行可能領域のいずれかの属性が与えられる。
【００２２】
領域抽出部32は、環境地図の走行可能領域から、自律走行装置1が障害物領域と接触することなく安全に走行できる領域を抽出する。
【００２３】
自己位置推定部33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・角度情報に基づいて局所地図を生成するとともに、エンコーダ16から読み込まれた各電動モータ12の回転角度に基づいて自機の走行量を演算し、次に、局所地図と環境地図のマッチング及び自機の走行量から自己位置を推定する。
【００２４】
経路計画部34は、推定した自己位置が壁や柱、充電ステーションやエレベータ等障害物領域内又はその周辺領域である場合に、この障害物領域から離れた退避位置への走行経路を計画する。また、経路計画部34は、推定した自己位置が障害物領域内又はその周辺領域で無い場合に、走行可能領域における推定した自己位置（START）から与えられた目的位置（GOAL）をつなぐ、例えば最短距離の経路を探索して走行経路を計画する。
【００２５】
走行制御部36は、自律走行装置1が、退避位置まで走行するように、またSTARTからGOALまで計画した走行経路に沿って走行するように、走行部の各電動モータ12の回転を制御する。障害物回避部35は、例えばレーザレンジファインダ20の出力から障害物を認識した場合に、退避位置まで、又はGOALまでの走行中に、この障害物を避けるように、走行部の各電動モータ12の回転を制御する。
【００２６】
図2に、環境地図の一例を示す。図2では、障害物領域としての充電ステーションでは、充電のためにドッキングしているため、自律走行装置1の占有領域と充電ステーションの障害物領域とは環境地図上で重なる。この位置において、走行可能領域上の目的位置（GOAL）がユーザーから与えられると、経路計画部34は、まず障害物領域から離れた退避位置への走行経路を計画して、走行制御部36がこの走行経路に沿って退避位置まで走行するように電動モータ12を制御する。
【００２７】
自己位置推定部33が退避位置にいることを推定すると、経路計画部34は、自己位置（退避位置）から適宜の経由地を通る目的位置（GOAL）までの走行経路を計画し、走行制御部36は、この計画した走行経路に沿って目的位置（GOAL）まで障害物を避けながら自律的に走行する。このときの経路計画については、特許文献1に詳しく説明されているため、ここでは詳細な説明を省略するが、特許文献1に説明される技術内容は本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
図3及び図4を参照して、経路計画部34による退避位置への経路計画の手順について説明する。図3に示すように、自己位置（自律走行装置の中心点R）が障害物領域と重なると推定されると、経路計画部34は自己がいる障害物領域における走行可能領域に接している境界グリッドを走行可能領域に置き換えて、障害物領域を削る。この障害物領域の境界グリッドを削る処理は、自己位置Rが走行可能領域に入るまで、1グリッドずつ行う。
【００２９】
続いて、図4に示すように、自己位置Rから一定領域にある障害物領域の表面から自己位置に向かう複数の斥力ベクトルを求める。そして、自己位置Rを支店とする、これらの斥力ベクトルと方向が同じでスカラーを反比例させた複数の走行ベクトルを求める。次いで、複数の走行ベクトルの合成ベクトルを求め、この合成ベクトル上又はその延長線上を退避位置の設定候補とする。退避位置への走行量を、合成ベクトルのスカラーを一定値に正規化した距離とし、この合成ベクトルの先端位置を退避位置として設定する。なお、退避位置への走行量を、合成ベクトルのスカラーに依存しない、例えば一定値としても構わない。
【符号の説明】
【００３０】
1  自律走行装置
31  地図記憶部
32  領域抽出部
33  自己位置推定部
34  経路計画部
35  障害物回避部
36  走行制御部
12  電動モータ
【図１】
2014010797.tif 000003
【図２】
2014010797.tif 000004
【図３】
2014010797.tif 000005
【図４】
2014010797.tif 000006