(57)【要約】【課題】障害物と干渉することなく、予め設定した計画経路に沿って走行可能であり、操舵回数を低減できる無人移動体とその経路生成方法を提供する。【解決手段】局所地図４上において通行可能幅ｃの半分の距離の分、計画経路Ｂを幅方向両側にオフセットさせた１対の第１境界線６ａを設定する。次に、第１境界線６ａ間が障害物位置５と干渉する場合に、現在位置Ａに最も近い干渉位置Ｉの干渉が無くなるまで、計画経路Ｂを幅方向片側にオフセットさせた修正経路７を設定する。次に、現在位置Ａと干渉位置Ｉとの間で、計画経路Ｂと修正経路７に交差する交差経路８と、障害物位置５と干渉せずかつ通行可能幅ｃの半分の距離の分、交差経路８を幅方向両側にオフセットさせた１対の第２境界線６ｃとを設定する。次いで、現在位置Ａから計画経路Ｂ、交差経路８、及び修正経路７を順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路９を設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律走行可能な無人移動体であって、
走行領域内の測距データを取得するデータ取得装置と、
前記測距データから障害物位置を含む局所地図を作成する地図作成装置と、
局所地図上において走行可能な目標経路を設定する経路設定装置と、を有し、
前記経路設定装置は、
（Ａ）無人移動体の通行可能幅に基づき、前記局所地図上において、前記通行可能幅の半分の距離の分、計画経路を幅方向両側にオフセットさせた１対の第１境界線を設定し、
（Ｂ）前記１対の第１境界線間が前記障害物位置と干渉する場合に、現在位置に最も近い干渉位置の干渉が無くなるまで、計画経路を幅方向片側にオフセットさせた修正経路を設定し、
（Ｃ）現在位置と前記干渉位置との間で、計画経路と修正経路に交差する交差経路と、前記障害物位置と干渉せずかつ前記通行可能幅の半分の距離の分、前記交差経路を幅方向両側にオフセットさせた１対の第２境界線とを設定し、
（Ｅ）現在位置から計画経路、交差経路、及び修正経路を順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路を設定する、ことを特徴とする無人移動体。
【請求項２】
自律走行可能な無人移動体の経路生成方法であって、
走行領域内の測距データを取得するデータ取得ステップと、
前記測距データから障害物位置を含む局所地図を作成する地図作成ステップと、
局所地図上において走行可能な目標経路を設定する経路設定ステップと、を有し、
前記経路設定ステップにおいて、
（Ａ）無人移動体の通行可能幅に基づき、前記局所地図上において、前記通行可能幅の半分の距離の分、計画経路を幅方向両側にオフセットさせた１対の第１境界線を設定し、
（Ｂ）前記１対の第１境界線間が前記障害物位置と干渉する場合に、現在位置に最も近い干渉位置の干渉が無くなるまで、計画経路を幅方向片側にオフセットさせた修正経路を設定し、
（Ｃ）現在位置と前記干渉位置との間で、計画経路と修正経路に交差する交差経路と、前記障害物位置と干渉せずかつ前記通行可能幅の半分の距離の分、前記交差経路を幅方向両側にオフセットさせた１対の第２境界線とを設定し、
（Ｅ）現在位置から計画経路、交差経路、及び修正経路を順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路を設定する、ことを特徴とする無人移動体の経路生成方法。
【請求項３】
前記（Ｅ）の後に、前記修正経路を新たな計画経路に設定して、前記（Ａ）〜（Ｅ）を繰り返す、ことを特徴とする請求項２に記載の無人移動体の経路生成方法。
【請求項４】
前記（Ｃ）において、計画経路と交差経路のなす角度を、閾値以下に設定する、ことを特徴とする請求項２に記載の無人移動体の経路生成方法。
【請求項５】
前記計画経路、交差経路、及び修正経路は、直線経路である、ことを特徴とする請求項２に記載の無人移動体の経路生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人移動体とその経路生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行車両にレーザ装置（例えば、レーザレンジファインダ）を搭載し、前方の路面や障害物を検出して自律走行又は半自律走行を行う無人移動体が既に開示されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４５９９８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５９９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２は、障害物に内接する円を一定距離毎に作成し、その中心点を結ぶ近似曲線を「道なりライン」とする。その道なりラインを目標経路として追従するように無人移動体を制御する。
【０００５】
特許文献１、２において、道なりラインは、任意半径の曲線で構成される。そのため無限軌道（キャタピラ）を用いた装軌車のように、半径一定の旋回しかできない車両でその経路（道なりライン）に追従しようとすると頻繁に操舵を行う必要がある。
このような操作は装軌車のトランスミッションに高い負荷がかかり、早期の破損につながる可能性があった。
また、道なりラインは、障害物に内接する円に基づくため、離れて位置する障害物の影響を受ける。そのため、予め設定した計画経路に沿って走行可能な場合でも、頻繁に操舵が必要となる場合があった。
【０００６】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、（１）障害物と干渉することなく、予め設定した計画経路に沿って走行可能であり、（２）半径一定の旋回しかできない装軌車であっても操舵回数を低減でき、（３）トランスミッションの負荷を軽減することができる無人移動体とその経路生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、自律走行可能な無人移動体であって、
走行領域内の測距データを取得するデータ取得装置と、
前記測距データから障害物位置を含む局所地図を作成する地図作成装置と、
局所地図上において走行可能な目標経路を設定する経路設定装置と、を有し、
前記経路設定装置は、
（Ａ）無人移動体の通行可能幅に基づき、前記局所地図上において、前記通行可能幅の半分の距離の分、計画経路を幅方向両側にオフセットさせた１対の第１境界線を設定し、
（Ｂ）前記１対の第１境界線間が前記障害物位置と干渉する場合に、現在位置に最も近い干渉位置の干渉が無くなるまで、計画経路を幅方向片側にオフセットさせた修正経路を設定し、
（Ｃ）現在位置と前記干渉位置との間で、計画経路と修正経路に交差する交差経路と、前記障害物位置と干渉せずかつ前記通行可能幅の半分の距離の分、前記交差経路を幅方向両側にオフセットさせた１対の第２境界線とを設定し、
（Ｅ）現在位置から計画経路、交差経路、及び修正経路を順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路を設定する、ことを特徴とする無人移動体が提供される。
【０００８】
また本発明によれば、自律走行可能な無人移動体の経路生成方法であって、
走行領域内の測距データを取得するデータ取得ステップと、
前記測距データから障害物位置を含む局所地図を作成する地図作成ステップと、
局所地図上において走行可能な目標経路を設定する経路設定ステップと、を有し、
前記経路設定ステップにおいて、
（Ａ）無人移動体の通行可能幅に基づき、前記局所地図上において、前記通行可能幅の半分の距離の分、計画経路を幅方向両側にオフセットさせた１対の第１境界線を設定し、
（Ｂ）前記１対の第１境界線間が前記障害物位置と干渉する場合に、現在位置に最も近い干渉位置の干渉が無くなるまで、計画経路を幅方向片側にオフセットさせた修正経路を設定し、
（Ｃ）現在位置と前記干渉位置との間で、計画経路と修正経路に交差する交差経路と、前記障害物位置と干渉せずかつ前記通行可能幅の半分の距離の分、前記交差経路を幅方向両側にオフセットさせた１対の第２境界線とを設定し、
（Ｅ）現在位置から計画経路、交差経路、及び修正経路を順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路を設定する、ことを特徴とする無人移動体の経路生成方法が提供される。
【０００９】
前記（Ｅ）の後に、前記修正経路を新たな計画経路に設定して、前記（Ａ）〜（Ｅ）を繰り返す。
【００１０】
前記（Ｃ）において、計画経路と交差経路のなす角度を、閾値以下に設定する、ことが好ましい。
【００１１】
前記計画経路、交差経路、及び修正経路は、直線経路である、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明の装置と方法によれば、１対の第１境界線間が障害物位置と干渉する場合に修正経路を設定するので、１対の第１境界線間が干渉しない場合には、修正経路の設定なしに、計画経路をそのまま目標経路に設定する。
従って、離れて位置する障害物の影響を受けずに、予め設定した計画経路を目標経路として走行することができ、操舵回数を最小限にできる。
【００１３】
また、１対の第１境界線間が障害物位置と干渉する場合に、現在位置に最も近い干渉位置を回避するように、現在位置から計画経路、交差経路、及び修正経路を順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路を設定する。
従って、直線走行と２回の旋回のみで、最も近い干渉位置を回避することができる。
【００１４】
同様に、干渉位置が複数の場合でも、１つの干渉位置に対し、直線走行と２回の旋回のみで各干渉位置を回避できる。
従って、本発明によれば、（１）障害物と干渉することなく、予め設定した計画経路に沿って走行可能であり、（２）半径一定の旋回しかできない装軌車であっても操舵回数を低減でき、（３）トランスミッションの負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による無人移動体の構成図（Ａ）とブロック図（Ｂ）である。
【図２】本発明による経路生成方法の全体フロー図である。
【図３】本発明による経路設定ステップＳ３の第１説明図である。
【図４】経路設定ステップＳ３の詳細フロー図である。
【図５】図３と同一の局所地図における従来の道なりラインＤの説明図である。
【図６】本発明による経路設定ステップＳ３の第２説明図である。
【図７】図６と同一の局所地図における従来の道なりラインＤの説明図である。
【図８】本発明による経路設定ステップＳ３の第３説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明による無人移動体１０の構成図（Ａ）とブロック図（Ｂ）である。
この例において、無人移動体１０は、無限軌道（キャタピラ）を有する装軌車であり、自律走行可能に構成されている。
なお、無人移動体１０は、自律走行可能である限り、装軌車に限定されず、その他の走行車両であってもよい。
【００１８】
図１において、本発明の無人移動体１０は、データ取得装置１２、地図作成装置１４、及び経路設定装置１６を備える。
【００１９】
データ取得装置１２は、無人移動体１０に搭載されたレーザ装置であり、走行領域内の測距データ３を取得する。
データ取得装置１２は、好ましくはレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）である。レーザレンジファインダによる測距原理は、レーザ光Ｌの入射光の投光から反射光の受光までの時間差を計測するタイムオブフライト方式による。
データ取得装置１２は、１又は複数のレーザ光源を用い、水平方向のラインスキャン又は上下方向のフレームスキャンの組合せにより、予め設定した走行領域内の路面１に向けてレーザ光Ｌを照射し、その入射光と反射光の時間差から障害物２の位置（障害物位置５）を検出する。
【００２０】
地図作成装置１４と経路設定装置１６は、例えばコンピュータ（ＰＣ）である。
地図作成装置１４と経路設定装置１６は、この例では無人移動体１０に搭載されている。しかし、地図作成装置１４と経路設定装置１６を無人移動体以外に搭載し、無人移動体１０を遠隔操作してもよい。
【００２１】
地図作成装置１４は、測距データ３から障害物位置５を含む局所地図４を作成する。
経路設定装置１６は、局所地図４上において走行可能な目標経路９を設定する。
【００２２】
図２は、本発明による経路生成方法の全体フロー図である。この図において、本発明の経路生成方法は、Ｓ１〜Ｓ３の各ステップ（工程）からなる。
データ取得ステップＳ１では、走行領域内の測距データ３を取得する。
地図作成ステップＳ２では、測距データ３から障害物位置５を含む局所地図４を作成する。
経路設定ステップＳ３では、局所地図上において走行可能な目標経路９を設定する。
【００２３】
図３は、本発明による経路設定ステップＳ３の第１説明図である。
この図は、障害物位置５を含む局所地図４を示している。この図において、無人移動体１０は現在位置Ａに位置し、計画経路Ｂが予め設定されている。この例において、計画経路Ｂは、左右の道端ｂの中心を通る直線である。道端ｂの外側は障害物位置５として扱う。
図中のｃは無人移動体１０の通行可能幅を示している。通行可能幅ｃは、無人移動体１０が走行する際に、無人移動体１０が外部と干渉しない幅に余裕分を加算した値に設定するのがよい。
【００２４】
図４は、経路設定ステップＳ３の詳細フロー図である。この図において、経路設定ステップＳ３は、Ｔ１〜Ｔ５の各ステップ（工程）からなる。
以下、図３、図４を参照して、経路設定ステップＳ３を説明する。
【００２５】
ステップＴ１では、無人移動体１０の通行可能幅ｃに基づき、局所地図上において、通行可能幅ｃの半分の距離の分、計画経路Ｂを幅方向両側にオフセットさせた１対の第１境界線６ａを設定する。
【００２６】
ステップＴ２では、１対の第１境界線間が障害物位置５と干渉する場合に、現在位置Ａに最も近い干渉位置Ｉの干渉が無くなるまで、計画経路Ｂを幅方向片側にオフセットさせた修正経路７を設定する。オフセットの方向は、オフセット距離が短い方向に設定するのがよい。また、この際、道端ｂの外側は障害物位置５とみなす。
この結果、オフセット後の修正経路７に対する１対の第１境界線６ｂの間は、干渉位置Ｉと干渉しない状態となる。
【００２７】
ステップＴ３では、現在位置Ａと干渉位置Ｉとの間で、計画経路Ｂと修正経路７に交差する交差経路８と、１対の第２境界線６ｃとを設定する。第２境界線６ｃは、通行可能幅ｃの半分の距離の分、交差経路８を幅方向両側にオフセットさせた線である。この際、交差経路８は、１対の第２境界線６ｃが障害物位置５と干渉しない位置に設定する。
【００２８】
ステップＴ３において、計画経路Ｂと交差経路８のなす角度を、閾値以下に設定することが好ましい。この閾値は、例えば０〜＋１２０度の範囲で任意に設定する。閾値を小さい値に設定することにより、無人移動体１０の旋回角度を小さくでき、高速走行が可能となる。
【００２９】
ステップＴ４では、現在位置Ａから計画経路Ｂ、交差経路８、及び修正経路７を順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路９を設定する。目標経路９は、図中のｅ１−ｅ２−ｅ３−ｅ４である。
【００３０】
無人移動体１０が装軌車の場合、目標経路９における一定の半径は、装軌車の旋回半径に設定する。この場合、計画経路Ｂ、交差経路８、及び修正経路７は、直線経路であることが好ましい。
また、無人移動体１０の旋回半径が任意に変化可能な場合には、その走行速度に応じた半径に設定するのがよい。この場合、計画経路Ｂ、交差経路８、及び修正経路７は、直線経路に限定されず曲線経路であってもよい。
【００３１】
上述した本発明によれば、１対の第１境界線間が障害物位置５と干渉する場合に、現在位置Ａに最も近い干渉位置Ｉを回避するように、現在位置Ａから計画経路Ｂ、交差経路８、及び修正経路７を順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路９を設定することができる。従って、直線走行と２回の旋回のみで、最も近い干渉位置Ｉを回避することができる。
【００３２】
図５は、図３と同一の局所地図４における従来の道なりラインＤの説明図である。
従来の道なりラインＤは、障害物位置５に内接する円を一定距離毎に作成し、その中心点を結ぶ近似曲線である。
従って、図５に示すように、道幅が一定でない限り、道なりラインＤは、一定距離毎に折れ曲がることになる。そのため、従来の道なりラインＤの場合には、頻繁に操舵（この例では６回）が必要となる。
【００３３】
図６は、本発明による経路設定ステップＳ３の第２説明図である。この例は、３つの障害物位置５を含む局所地図４を示している。
この例において、ステップＴ２で、１対の第１境界線間と干渉する障害物位置５は、現在位置Ａから最も遠い３番目であり、その他の障害物位置５は１対の第１境界線間と干渉していない。
従って、この例では、３番目の障害物位置５の手前まで、そのまま直進した後、２回の旋回のみで、３つの干渉位置Ｉを回避することができる。
【００３４】
図７は、図６と同一の局所地図４における従来の道なりラインＤの説明図である。
この例に示すように、複数の障害物位置５が存在する場合、道なりラインＤは、一定距離毎に折れ曲がることになる。そのため、従来の道なりラインＤの場合には、頻繁に操舵（この例では９回）が必要となる。
【００３５】
図８は、本発明による経路設定ステップＳ３の第３説明図である。この例は、３つの障害物位置５を含む局所地図４を示している。またこの例において、現在位置Ａに最も近い干渉位置Ｉは、図で一番下の障害物位置５である。
上述した本発明により、図３と同様に、ステップＴ４で、現在位置Ａから計画経路Ｂ、交差経路８ａ、及び修正経路７ａを順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路９を設定することができる。この目標経路９は、図中のｅ１−ｅ２−ｅ３−ｅ４である。ｅ４は、修正経路７ａ上の点である。
【００３６】
図４のステップＴ５では、ステップＴ４の後に、修正経路７ａを新たな計画経路Ｂに設定して、経路設定ステップＳ３のステップＴ１〜Ｔ４を繰り返す。
すなわち、図８において一番下の障害物位置５を回避した目標経路９を設定した後、修正経路７ａを新たな計画経路Ｂとみなして、ステップＴ１〜Ｔ４を繰り返す。
この際、新たな現在位置（図中の点ｅ４）に最も近い干渉位置Ｉは、図で下から２番目の障害物位置５である。
この結果、図中の点ｅ４から最初の修正経路７ａ、交差経路８ｂ、及び新たな修正経路７ｂを順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路９を設定することができる。この目標経路９は、図中のｅ４−ｅ５−ｅ６−ｅ７である。ｅ７は、修正経路７ｂ上の点である。
【００３７】
さらに、図８において下から２番目の障害物位置５を回避した目標経路９を設定した後、修正経路７ｂを新たな計画経路Ｂとみなして、ステップＴ１〜Ｔ４を繰り返す。
この際、新たな現在位置（図中の点ｅ７）に最も近い干渉位置Ｉは、図で下から３番目の障害物位置５である。
この結果、図中の点ｅ７から２番目の修正経路７ｂ、交差経路８ｃ、及び新たな修正経路７ｃを順に通り、半径一定の円弧と直線とで近似した目標経路９を設定することができる。この目標経路９は、図中のｅ７−ｅ８−ｅ９−ｅ１０である。ｅ１０は、修正経路７ｃ上の点である。
【００３８】
従って、３つの障害物位置５がそれぞれ計画経路Ｂと干渉する場合でも、本発明によれば、図中にｅ１〜ｅ１０で示す目標経路９を形成することができる。
すなわち、本発明によれば、干渉位置Ｉが複数の場合でも、１つの干渉位置Ｉに対し、直線走行と２回の旋回のみで各干渉位置Ｉを回避できる。
【００３９】
上述したように、本発明によれば、（１）障害物２と干渉することなく、予め設定した計画経路Ｂに沿って走行可能であり、（２）半径一定の旋回しかできない装軌車であっても操舵回数を低減でき、（３）トランスミッションの負荷を軽減することができる。
【００４０】
なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ  現在位置、Ｂ  計画経路、ｂ  道端、ｃ  通行可能幅、
Ｄ  道なりライン、Ｉ  干渉位置、Ｌ  レーザ光、
１  路面、２  障害物、３  測距データ、４  局所地図、５  障害物位置、
６ａ，６ｂ  第１境界線、６ｃ  第２境界線、
７，７ａ，７ｂ  修正経路、８，８ａ，８ｂ，８ｃ  交差経路、
９  目標経路、１０  無人移動体（装軌車）、
１２  データ取得装置（レーザ装置、レーザレンジファインダ）、
１４  地図作成装置（コンピュータ）、１６  経路設定装置（コンピュータ）
【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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