JP2007334435A - Autonomous traveling vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全方向移動可能な自律移動車両に関する。 The present invention relates to an autonomous mobile vehicle that can move in all directions.
従来、障害物検知センサを備え、そのセンサの出力に基づいて障害物との衝突を回避しつつ移動する全方向移動可能な移動車両が知られている。このような車両は、全方向に移動可能な特性を用いて、急な減速停止などをすることなく衝突回避をより確実にすると共に、より滑らかな移動を実現しようとするものである(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述した特許文献1に示されるような全方向移動可能な移動車両は、移動用の動力を有する動力車であって、操作者が押したり引いたりする操作に従って移動する、いわゆるパワーアシスト操作の動力車であり、自律移動車両ではない。近年、省力化、人力代替、サービス向上等の観点から、各種作業ロボット、案内ロボットなどのように、運搬機能やサービス機能を備えて、より滑らかに移動できる自律移動車両が求められている。
However, the movable vehicle that can move in all directions as shown in
本発明は、上記課題を解消するものであって、急な減速停止などをすることなく衝突回避をより確実にすると共に、より滑らかな自律的移動を実現できる全方向移動可能な自律移動車両を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide an autonomous mobile vehicle capable of omnidirectional movement that can more reliably avoid collisions without sudden deceleration and stop and can realize smoother autonomous movement. The purpose is to provide.
上記課題を達成するために、請求項1の発明は、記憶した地図情報に基づいて自律的に移動する自律移動車両であって、略全方向に走行移動可能とする走行手段と、移動に際して障害となる障害物を検出する障害物検知センサと、地図情報を記憶すると共にその地図情報に基づいて、前記センサによって検知された障害物との衝突を回避しつつ、前記走行手段を制御する走行制御手段と、を備え、前記走行制御手段は、当該車両の左右方向の動きを略ゼロに制限した上で前後方向および回転の2自由度の運動を行うように前記回転運動の中心を制御中心として前記走行手段を制御し、障害物を回避するために移動方向を変更する際に、衝突可能性が高い障害物位置または該障害物位置に近い当該車両を含む当該車両周辺に前記制御中心を設定するものである。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2の発明は、請求項1に記載の自律移動車両において、前記走行制御手段は、回避の必要な障害物がない場合に、前記制御中心を当該車両前部中央に設定するものである。 According to a second aspect of the present invention, in the autonomous mobile vehicle according to the first aspect, the traveling control means sets the control center at the front center of the vehicle when there is no obstacle that needs to be avoided. .
請求項3の発明は、請求項1に記載の自律移動車両において、前記走行制御手段は、当該車両が旋回動作中に回避の必要な障害物がある場合に、前記制御中心を当該車両の前後方向の中心線上、かつ障害物に最も近い位置に設定するものである。 According to a third aspect of the present invention, in the autonomous mobile vehicle according to the first aspect, the travel control means sets the control center at the front and rear of the vehicle when there is an obstacle that needs to be avoided while the vehicle is turning. It is set on the center line of the direction and at a position closest to the obstacle.
請求項4の発明は、請求項1に記載の自律移動車両において、前記走行制御手段は、当該車両が移動方向変更のため、障害物と見倣した移動経路のコーナ部を回り込む際に、そのコーナ部の先端に前記制御中心を設定し、当該車両が前記コーナ部を曲がる間、前記制御中心回りの回転運動を行うように前記走行手段を制御するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the autonomous mobile vehicle according to the first aspect, the travel control means is configured such that when the vehicle turns around a corner portion of the movement route imitating an obstacle for changing the movement direction, The control center is set at the end of the corner portion, and the traveling means is controlled so as to perform a rotational motion around the control center while the vehicle is turning the corner portion.
請求項5の発明は、請求項4に記載の自律移動車両において、前記走行制御手段は、当該車両がコーナ部を曲がって広い移動経路から狭い移動経路に移動方向を変更する際には前記制御中心から当該車両の前後方向の中心線に下ろした垂線の足が当該車両の前寄りとなる位置において前記回転運動を開始し、当該車両がコーナ部を曲がって狭い移動経路から広い移動経路に移動方向を変更する際には前記垂線の足が当該車両の後寄りとなる位置において前記回転運動を開始するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the autonomous mobile vehicle according to the fourth aspect, the traveling control means controls the control when the vehicle turns a corner portion to change the moving direction from a wide moving route to a narrow moving route. The rotary motion starts at a position where the vertical leg that is lowered from the center to the center line in the front-rear direction of the vehicle is closer to the front of the vehicle, and the vehicle turns around the corner and moves from a narrow movement route to a wide movement route. When the direction is changed, the rotational motion is started at a position where the leg of the perpendicular line is located behind the vehicle.
請求項1の発明によれば、略全方向に移動可能でありながら、運動の自由度を前後方向と回転方向との2自由度とするので、従来実績のある2自由度型自律移動アルゴリズムを自律移動制御に容易に適用でき、急な減速停止などをすることなく衝突回避をより確実にできると共に、より滑らかな自律移動を実現できる。また、障害物回避のため移動方向を変更する際、略全方向の移動可能性により車両の回転運動の中心を任意の位置に設定できることに基づき、回転運動の中心である制御中心をその障害物に近い位置、すなわち、衝突可能性が高い障害物位置または該障害物位置に近い車両を含む車両周辺に設定するので、その障害物と車両との接近を制限でき、その結果、障害物との衝突を回避できる。 According to the first aspect of the invention, since the degree of freedom of movement is two degrees of freedom in the front-rear direction and the rotational direction while being movable in almost all directions, It can be easily applied to autonomous movement control, and collision avoidance can be ensured without sudden deceleration and stop, and smoother autonomous movement can be realized. In addition, when changing the direction of movement to avoid obstacles, the center of rotational movement of the vehicle can be set to an arbitrary position due to the possibility of movement in almost all directions, and the control center that is the center of rotational movement is set as the obstacle. Near the vehicle, i.e., the position of an obstacle with a high possibility of a collision or the vicinity of a vehicle including a vehicle close to the obstacle position, the approach between the obstacle and the vehicle can be restricted. Collisions can be avoided.
請求項2の発明によれば、車両の移動方向前方部分である車両前部中央に制御中心を設定するので、予定の移動経路に対し、車両前部の移動軌跡を略一致させることができ、効率的な移動ができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、車両の旋回時の内輪差による内側障害物との衝突や、外輪差による外側障害物との衝突を、制御中心の移動によって、急な減速停止などをすることなく滑らかに回避できる。すなわち、旋回開始時に旋回内側に障害物がある場合、障害物に最も近い車両の中心線上の点は、車両前寄りに存在し、この点を制御中心とすることにより、障害物と車両との接近を防止して衝突回避できる。また、旋回開始時に旋回外側に障害物がある場合、障害物に最も近い車両の中心線上の点は、車両後寄りに存在し、この点を制御中心とすることにより、障害物と車両との接近を防止して衝突回避できる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、コーナ部などの障害物を回り込む際、車両の制御中心を障害物側に設定することにより、障害物と車両との間隔を一定に保って衝突を回避しつつ滑らかに回り込むことができる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、車両の旋回時に発生する内輪差や外輪差を、移動経路の広狭に応じて発生させることができるので、車両は、移動経路の側壁などとの衝突を回避してコーナ部を滑らかに曲がることができる。 According to the fifth aspect of the invention, the difference between the inner wheel and the outer wheel that occurs when the vehicle turns can be generated according to the width of the moving path, so that the vehicle avoids a collision with the side wall of the moving path. The corner can be bent smoothly.
以下、本発明の実施形態に係る自律移動車両について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an autonomous mobile vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る自律移動車両1のブロック構成を示し、図2(a)(b)は自律移動車両1に用いられる車輪組立体20を示し、図3は自律移動車両1の車両外郭10の外形線と車輪組立体20の配置を示し、図4(a)(b)は自律移動車両1の並進運動と回転運動の概念を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a block configuration of an autonomous
自律移動車両1は、図1に示すように、記憶した地図情報に基づいて自律的に移動する車両であって、略全方向に走行移動可能とする走行手段2と、移動に際して障害となる障害物を検出する障害物検知センサ3と、地図情報を記憶すると共にその地図情報に基づいて、前記センサによって検知された障害物との衝突を回避しつつ、前記走行手段2を制御する走行制御手段4と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the autonomous
走行手段2は、ユニバーサルホイールタイプの全方向駆動車輪である車輪組立体20と、車輪組立体20を駆動するモータ21と、モータ21に電力を供給するモータドライバ22と、モータ21の回転数をモニタするエンコーダ23とを1組とした駆動装置を4組備えて構成されている。
The traveling means 2 includes a
車輪組立体20は、図2(a)(b)に示すように、中央車軸25に結合されたフレーム26の外周部に、4つのバレル24を配置して成る車輪を、2つ並列にして構成されている。各バレル24は、中央車軸25に直交する支持軸回りに回転自在とされている。各バレル24の支持軸を含む断面の外形は、中央車軸25を中心とする円を形成している。2つの車輪は、中央車軸25回りに角度を45゜ずらして、互いにピッチをずらした状態とされている。これにより、いずれか一方のバレル24が常に接地することができる。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the
車輪組立体20は、モータ21によって駆動される中央車軸25を回転軸とする能動的な回転と、中央車軸25の長手方向に沿った移動のため各バレル24の夫々の軸を回転軸とする受動的な回転と、によって全方向移動が可能となる。矢印DRは各中央車軸25の駆動回転方向を示し、矢印FRは各バレル24の自由回転方向を示している。自律移動車両1における4つの駆動装置の各車輪組立体20の配置は後述する(図3)。
The
障害物検知センサ3は、前方センサ31、後方センサ32、右側面センサ33、左側面センサ34を備えて構成され、自律移動車両1の全周囲における障害物を検出し、その距離を測定する。これらのセンサは、レーザレーダや、距離画像を取得できる超音波アレイセンサ等によって構成できる。
The
走行制御手段4は、障害物検知センサ3や走行手段2の各エンコーダ23などの外部からの入力信号と記憶部などからの内部からの入力信号を処理して自己位置を認識しつつ走行手段を制御する中央制御部40と、走行移動する領域の地図情報を記憶する地図情報記憶部41と、目的地や移動経路の中継点などの移動経路に関する情報を記憶する経路情報記憶部42と、障害物検知センサ3やエンコーダ23の出力と地図情報記憶部41に記憶した地図情報に基づいて自己位置を決定する自己位置決定部43とを備えている。
The traveling control means 4 processes the input signals from the outside such as the
さらに、走行制御手段4は、制御中心決定部5、移動速度決定部6、およびモータ速度決定部7を備えている。これらは、走行手段2を制御して略全方向に走行移動可能とするするための、全方向移動に特徴的な処理を行う。
Further, the traveling control means 4 includes a control center determining unit 5, a moving
次に、上述の各決定部5,6,7と自律移動車両1の動作を説明する。自律移動車両1は、図3に示すように、略長方形の外郭10を有している。自律移動車両1は略全方向に移動可能であり、仮に、その長手方向を前後方向とする。ここで自律移動車両1に固定した座標系(Xg,Yg)を定める。この座標系は、前後方向の中心線11と左右方向の中心線12の交点である車両中央点Gを座標原点とし、前方がXgの正方向、前方に向いて左方がYgの正方向である。
Next, the operation of each of the determining
4つの駆動装置の各車輪組立体20は、前方と後方の左右にそれぞれ対称に配置されている。前方及び後方の左右に配し車輪組立体20は、それぞれの中央車軸25の軸方向延長線が、自律移動車両1の中央寄りの位置において角度2θを成して交差するように、中央車軸25をXg軸、Yg軸の両方から傾斜させて取り付けられている。各車輪組立体20の接地点間の距離は、前後方向に(a+b)、左右方向に(c+d)である。
The
車輪組立体20の車輪の接地面における速度を、自律移動車両1の車両中央点Gの回りにおける左回り方向を正とするように、速度V1,V2,V3,V4の正の方向を定める。これらの速度V1〜V4の方向は、各中央車軸25に直交する方向である。
The positive direction of the speeds V1, V2, V3, V4 is determined so that the counterclockwise direction around the vehicle center point G of the autonomous
ここで、自律移動車両1の並進運動と回転運動について説明する。一般に、剛体の平面運動は、図4(a)に示すような並進運動と、図4(b)に示すような回転運動とに分けることができ、これらの2つの運動によって記述される。自律移動車両1の並進運動は、自律移動車両1の各構成部分が互いに平行に移動する運動であり、自律移動車両1の回転運動は、自律移動車両1の各構成部分が、制御中心Aとの距離を一定に保った状態で移動する運動である。
Here, the translational motion and the rotational motion of the autonomous
そこで、自律移動車両1の運動を、図3に示すように、制御中心Aの周りの角速度ωの回転運動と、制御中心Aに原点を有し、座標系(Xg,Yg)に平行な座標系である座標系(X,Y)の座標軸方向の速度Vx,Vyの並進運動によって記述する。速度Vxは自律移動車両1の前後方向の速度であり、速度Vyは自律移動車両1の左右方向の速度である。
Therefore, as shown in FIG. 3, the movement of the autonomously moving
制御中心決定部5は、移動経路の状況、すなわち、回避の必要な障害物の存在有無に基づいて、自律移動車両1が安全で効率的に移動可能なように、制御中心Aの位置を決定する。すなわち、制御中心決定部5は、障害物を回避するために移動方向を変更する際に、回転運動の中心(制御中心A)を、その障害物に近い位置に設定する。このように、制御中心Aを、障害物に近い位置に設定することにより、その障害物と車両との接近を制限することができ、その結果、障害物との衝突を回避することができる。
The control center determination unit 5 determines the position of the control center A so that the autonomous
自己位置決定部43は、エンコーダ23から出力されるモータ速度情報(微小時間のエンコーダ変化分)を積算し、自律移動車両1の移動距離と回転角度(向き)を求めて、いわゆるデッドレコニングによって車両の自己位置を求める。また、自己位置決定部43は、地図情報記憶部41に記憶された地図情報と前方センサ31(例えば、レーザレーダ)の出力する障害物位置情報とをマッチングさせ、2つの描画情報(地図情報と障害物情報)の差分に基づいて自己位置を求める。自己位置決定部43は、この地図情報に基づいて求めた自己位置を用いて、前記デッドレコニングによって求めた自己位置を補正する。この自己位置決定や補正は、例えば、走行制御部4の制御周期毎に行われる。
The self-
移動速度決定部6は、上述の自己位置決定部43が求めた自己位置情報と、経路情報記憶部42に記憶されている経路情報とから、制御中心Aの並進移動速度と回転速度、つまり移動速度(Vx,Vy,ω)を決定する。なお、中央制御部40は、前方センサ31の出力する障害物情報に基づいて、障害物を回避する必要がある、と判断した場合、この移動速度(Vx,Vy,ω)を変更して障害物回避を行う。
The moving
モータ速度決定部7は、移動速度決定部6が求めた移動速度(Vx,Vy,ω)と制御中心決定部5が決定した制御中心Aに基づいて各車輪組立体20の接地面における回転速度V1,V2,V3,V4の指令値を求めて決定する。なお、自律移動車両1は、障害物回避のため移動方向を変更する際、車両の回転運動の中心、すなわち制御中心Aを、任意の位置に設定することができる。これは、車輪組立体20を用いることにより実現される略全方向の移動可能性に基づく。
The motor speed determining unit 7 is a rotational speed on the ground contact surface of each
モータ速度決定部7において行われる演算の例を説明する。制御中心Aは、図3に示すように、車両中央点Gから前方にxa、左方にyaの位置にあるとする。また、制御中心Aから、前方の車輪組立体20の車輪設置点までのx方向距離をa、後方の車輪組立体20の車輪設置点までのx方向距離をb、左方の車輪組立体20の車輪設置点までのy方向距離をc、右方の車輪組立体20の車輪設置点までのy方向距離をdとする。各車輪組立体20の回転速度V1,V2,V3,V4の指令値は、自律移動車両1の制御中心Aの移動速度(Vx,Vy,ω)に対して、次式(1)によって求められる。
An example of the calculation performed in the motor speed determination unit 7 will be described. As shown in FIG. 3, the control center A is assumed to be located at a position xa forward from the vehicle center point G and ya at the left. Further, the distance in the x direction from the control center A to the wheel installation point of the
自律移動車両1の所望の移動速度(Vx,Vy,ω)に対し、上式(1)を用いて求めた各車輪組立体20の回転速度V1,V2,V3,V4の指令値をモータドライバ22に出力して、自律移動車両1の速度制御がおこなわれる。
For the desired moving speed (Vx, Vy, ω) of the autonomous
ところで、自律移動車両1は、車両の左右方向の動きを略ゼロに制限して、すなわち式(1)においてVy=0として、前後方向および回転の2自由度の運動を行うように走行手段2を制御しても、所望の移動をすることができる。
By the way, the autonomous
本実施形態の自律移動車両1によれば、略全方向に移動可能でありながら、運動の自由度を前後方向と回転方向との2自由度とすることができ、2自由度とすることによって、従来実績のある2自由度型自律移動アルゴリズムを自律移動制御に容易に適用でき、急な減速停止などをすることなく衝突回避をより確実にできると共に、より滑らかな自律移動を実現できる。
According to the autonomous
(第2の実施形態)
図5(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係る自律移動車両1が制御中心Aを移動しつつコーナ部を曲がる様子を示し、図6(a)〜(d)は自律移動車両1が制御中心Aを移動しつつ障害物を回り込む様子を示す。
(Second Embodiment)
FIGS. 5A to 5D show a state in which the autonomous
この第2の実施形態の自律移動車両1の構成は、第1の実施形態の自律移動車両1と同様である。この実施形態では、自律移動車両1がコーナ部や障害物を回り込む様子を示すものである。図5(a)は、自律移動車両1が、移動方向Fの方向に移動しつつ、移動経路の左折コーナ部Pを曲がるところを示す。走行制御手段4の制御中心決定部5は、回避の必要な障害物がない場合(例えば、図5(a)に示す状態の直前の状態)、制御中心Aを車両前部中央に設定している。このように、車両の移動方向前方部分である車両前部中央に制御中心Aを設定することにより、予定の移動経路に対し、車両前部の移動軌跡を略一致させることができ、効率的な移動ができる。
The configuration of the autonomous
また、図5(a)〜(d)に示すように、走行制御手段4の制御中心決定部5は、車両が旋回動作中に回避の必要な障害物(今の場合、コーナ部Pであり、以下、障害物Pとする)がある場合に、制御中心Aを車両の前後方向の中心線11上、かつ障害物Pに最も近い位置に設定する。この制御中心Aの設定は、走行制御手段4の制御周期毎に、見直されて、最適の位置に移動される。すなわち、図5(a)〜(d)に示すように、コーナ部Pを回り込む度合いによって、制御中心Aが自律移動車両1の中心線上を前寄りの位置から、後ろよりの位置に移動されている。
Further, as shown in FIGS. 5A to 5D, the control center determining unit 5 of the
また、図6(a)〜(d)は、上述のコーナ部Pの代わりに、車椅子Bが障害物として移動経路に存在しており、車椅子Bの先端部Pの周りを、自律移動車両1が回り込む様子を示す。上述の図5(a)〜(d)の場合と同様に、先端部Pを回り込む度合いによって、制御中心Aが自律移動車両1の中心線上を前寄りの位置から、後ろよりの位置に移動されている。
6 (a) to 6 (d) show that the wheelchair B is present as an obstacle in the movement path instead of the corner portion P described above, and the autonomous
上述のような制御中心Aの設定方法によれば、車両の旋回時の内輪差による内側障害物との衝突や、外輪差による外側障害物との衝突を、制御中心の移動によって、急な減速停止などをすることなく滑らかに回避できる。すなわち、旋回開始時に旋回内側に障害物Pがある場合、障害物Pに最も近い車両の中心線11上の点は、車両前寄りに存在し、この点を制御中心Aとすることにより、障害物Pと車両との接近を防止して衝突回避できる。また、旋回開始時に旋回外側に障害物がある場合、障害物に最も近い車両の中心線上の点は、車両後寄りに存在し、この点を制御中心とすることにより、障害物と車両との接近を防止して衝突回避できる。
According to the method of setting the control center A as described above, the collision with the inner obstacle due to the inner wheel difference during the turning of the vehicle and the collision with the outer obstacle due to the outer wheel difference are rapidly reduced by moving the control center. It can be avoided smoothly without stopping. That is, when there is an obstacle P inside the turn at the start of turning, the point on the
従来、自律移動車両を近似的に円形に見立て、障害物から一定の距離離れた位置を通る移動計画を立てて自律移動を実現するようなものがある。このような外形が近似的に円形の車両の制御中心は、車両に固定したものとしてその外形の中心に設定するのが通常である。しかしながら、本発明の第1および第2の実施形態に係る自律移動車両1のように、外形が略長方形車両であり、旋回時の内輪差や外輪差が大きい車両においては、制御中心が車両中心に固定されたままでは、障害物回避への対応が難しい。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a vehicle that realizes an autonomous movement by considering an autonomously moving vehicle as an approximately circular shape, and making a movement plan that passes through a position away from an obstacle by a certain distance. The control center of a vehicle having an approximately circular outer shape is usually set at the center of the outer shape as being fixed to the vehicle. However, in a vehicle having a substantially rectangular outer shape and having a large difference between inner and outer wheels when turning, such as the autonomous
その点、上述したような、制御中心Aを動的に移動する方法を用いる、本発明の第1および第2の実施形態に係る自律移動車両1は、滑らかな移動のもとで障害物回避可能としている。また、従来と同じ自律移動アルゴリズムに、制御中心を移動して決定する制御中心決定部5の機能を追加するすることにより、本発明の第1および第2の実施形態に係る自律移動車両1が容易に実現される。
In that respect, the autonomous
(第3の実施形態)
図7は本発明の第3の実施形態に係る自律移動車両1の障害物検知センサ3の配置と検知領域を示し、図8、図9、図10は自律移動車両1の自律移動中の様子を示す。
(Third embodiment)
FIG. 7 shows the arrangement and detection area of the
この第3の実施形態の自律移動車両1の構成は、上述した第1及び第2の実施形態の自律移動車両1と同様である。本実施形態は、自律移動車両1の障害物検知センサ3、および、センサ3による障害物検出結果に基づく自律移動車両1の動作、を説明するものである。障害物検知センサ3は、図7に示すように、車両の前後左右に、前方センサ31、後方センサ32、右側面センサ33、左側面センサ34を備え、これらのセンサによって、自律移動車両1の周辺の全周を、検知領域31a,32a,33a,34aによってカバーしている。各センサが、例えば、角度走査型のレーザレーダである場合、路面から所定高さにおける水平面内の壁や移動障害物などの表面の位置までの距離とその方向を測定することができる。検出された障害物の位置は、車両中央点Gにおける座標系(Xg,Yg)や、制御中心Aにおける座標系(X,Y)によって表される。
The configuration of the autonomous
自律移動車両1は、図8に示すように、上述のセンサによる検知領域31a〜34aのうち、車両の左右両側に設けた領域を、自律移動車両1が旋回動作するときに障害物回避判断に必要な領域として設定している。各領域S1〜S4は、その領域に障害物が存在すると、その領域に面した車両の外郭10が衝突する可能性があることを意味している。また、図8に示した破線13は、障害物の外郭10への接近を確実に回避するための限界線を示す。
As shown in FIG. 8, the autonomous
上述の4つに区分された領域S1〜S4は、制御中心Aの位置によって前後に区分されている。前方左右の領域S1,S4は,自律移動車両1の外郭10から幅Ly、制御中心Aから前方に長さL1を有し、後方左右の領域S2,S3は,自律移動車両1の外郭10から幅Ly、制御中心Aから後方に長さL2を有している。領域S1,S4は、車両の外郭10から前方に長さδ1だけ突出し、領域S2,S3は、車両の外郭10から後方に長さδ2だけ突出して設定されている。
The four regions S1 to S4 described above are divided forward and backward by the position of the control center A. The front left and right regions S1 and S4 have a width Ly from the
上述のδ1,δ2による突出部は、旋回しながら移動する際の衝突可能性を避けるために設けたマージン領域である。自律移動車両1が旋回せずに左右方向、前後方向のみに動く場合には、δ1=δ2=0としてもよい。
The protrusions due to δ1 and δ2 described above are margin regions provided in order to avoid the possibility of collision when moving while turning. When the autonomous
また、幅Lyは、側面の障害物が自律移動車両1に衝突する可能性が有ると判断される距離である。一般に移動速度の大小によって障害物回避能力が変化するので、移動が速いほど幅Lyを大きくし、遅いほど幅Lyを小さくすることができる。そこで、幅Lyを速度の関数とするとよい。
Further, the width Ly is a distance that is determined that there is a possibility that the obstacle on the side surface collides with the autonomous
図8において、自律移動車両1が、コーナ部Pを回り込むために、移動方向Fに示すように走行すると、車両の内輪差によって領域S1にコーナ部Pが進入する可能性がある。また、車両の外輪差によって、領域S3が旋回外方側に移動するため、車両後方右側に障害物があれば、領域S3に障害物が進入する可能性がある。
In FIG. 8, when the autonomous
図9は、コーナ部Pが領域S1に進入し、この時点において、制御中心Aが、もとの制御中心A0の位置から前方に移動している様子を示す。このように、自律移動車両1は、障害物の位置を表すコーナ部Pに対して、制御中心Aの位置を前方に移動させることにより、コーナ部Pと制御中心との間の距離を確保することができ、コーナ部P(障害物)との衝突を回避することができる。
FIG. 9 shows a state in which the corner portion P has entered the region S1, and at this time, the control center A is moving forward from the position of the original control center A0. Thus, the autonomous
上述のように、全方向移動を可能とする車輪組立体20を備えた自律移動車両1は、制御中心Aを任意に移動させることができる。制御中心Aの位置が変化すると制御中心Aについて定義された座標系(X,Y)も移動する。そこで、制御中心決定部5は、制御中心Aの位置を変えた場合、その都度、センサ3が検出した障害物の座標値を、新たな座標系の値に変換する。
As described above, the autonomous
また、図10に示すように、自律移動車両1が左旋回動作を行おうとする際に、左前方の領域S1と右後方の領域S3とに、それぞれ進入可能性のあるコーナ部P、障害物P2が存在するとき、制御中心決定部5は、コーナ部Pに対応させて制御中心Aを前方に移動する計算と、障害物P2に対応させて制御中心Aを後方に移動させる計算とを行う。制御中心Aが移動すると、領域S1〜S4の面積や配置が変化するので、前回計算の制御中心位置と次の計算結果の制御中心位置とのうち、領域S1,S2への障害物進入の程度の少ない方が求められる。障害物進入の程度が所定の許容範囲を越えている場合、中央制御部40は、旋回動作を停止し、予め設定された許容範囲に従って前進動作を行い、その後旋回動作を試みる。また、前進距離が許容範囲を超える場合は、走行移動が停止される。
Further, as shown in FIG. 10, when the autonomous
(第4の実施形態)
図11は本発明の第4の実施形態に係る自律移動車両1において制御中心をコーナ部に設定する例を示し、図12、図13、図14は自律移動車両1がコーナ部を曲がる様子を連続的に重ねて示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows an example in which the control center is set in the corner portion in the autonomous
この実施形態における自律移動車両1の構成は、第1の実施形態の自律移動車両1と同様である。本実施形態の自律移動車両1は、図11、図12に示すように、車両の移動方向Fの変更のため障害物と見倣した移動経路のコーナ部Pを回り込む際に、自律移動車両1の制御中心決定部5が、そのコーナ部Pの先端に制御中心Aを設定し、行制御手段4が、制御中心A回りの回転運動を行うように前記走行手段2を制御するものである。このような制御中心A回りの回転運動は、自律移動車両1がコーナ部Pを曲がる間中行われる。
The configuration of the autonomous
自律移動車両1が、制御中心Aの周りの回転運動のみを行う場合、各車輪組立体20の回転速度V1,V2,V3,V4の指令値は、上述の式(1)において、Vx=Vy=0とし、角速度ωのみを与えればよく、次式(3)のように求められる。
When the autonomous
自律移動車両1の旋回移動速度Vrは、回転運動における回転半径rと角速度ωとの関係式により、Vr=r・ωと求められる。そこで、角速度ωの大きさは、自律移動車両1の通常の前進速度Vxに対して、Vr≦Vx、となるように決定すればよい。
The turning movement speed Vr of the autonomous
このように、コーナ部Pなどの障害物を回り込む際、車両の制御中心を障害物側に設定する本実施形態によれば、障害物と車両との間隔dを一定に保ってコーナ部Pとの衝突を回避しつつ滑らかに回り込むことができる。 Thus, according to the present embodiment in which the control center of the vehicle is set on the obstacle side when the obstacle such as the corner portion P goes around, the distance d between the obstacle and the vehicle is kept constant, It is possible to smoothly go around while avoiding the collision.
また、上述の回転運動を開始する位置は、図13に示すように、自律移動車両1が、コーナ部Pを曲がって、走行経路の境界W1,W3によって囲まれた狭い移動経路から、境界W2,W4によって囲まれた広い移動経路に移動方向Fを変更する際には、制御中心Aから車両1の前後方向の中心線に下ろした垂線の足が車両の後ろ寄りとなる位置、すなわち図中に示した寸法d1,d2について、d2<d1、となる位置とすればよい。
Further, as shown in FIG. 13, the position at which the above-described rotational motion is started is determined by the boundary between the autonomous moving
同様に、図14に示すように、車両1がコーナ部Pを曲がって広い移動経路から狭い移動経路に移動方向を変更する際には、前記垂線の足が車両の後寄りとなる位置、すなわち図中に示した寸法d1,d2について、d1<d2、となる位置において前記回転運動を開始すればよい。
Similarly, as shown in FIG. 14, when the
上述のように回転運動を開始することにより、自律移動車両1の旋回時に発生する内輪差や外輪差を、移動経路の広狭の応じて発生させることができ、自律移動車両1は、移動経路の側壁などとの衝突を回避してコーナ部を滑らかに曲がることができる。
By starting the rotational movement as described above, the inner wheel difference and the outer wheel difference generated when the autonomous
(第5の実施形態)
図15は本発明の第5の実施形態に係る自律移動車両1において制御中心を車両のコーナ部に設定する例を示し、図16(a)は自律移動車両1が壁から離脱する様子を示し、図16(b)は壁から離脱する一般車両の衝突事例を示す。自律移動車両1の構成は、第1の実施形態の自律移動車両1と同様である。この実施形態においては、図15に示すように、自律移動車両1が、壁Wに沿って接近して駐車した状態から、図16(a)に示すように、移動方向Fの方向に離脱する際に、制御中心Aを壁W側の後方に設定した例を示す。自律移動車両1は、自己位置を認識しており、また、自己周辺の障害物状況を認識しているので、壁Wからの離脱に際して、このような制御中心Aの移動と設定を行うことができる。そして、このような制御中心Aの設定を行うことにより、図16(b)に示すような車両後部Qの壁Wとの衝突を、回避することができる。
(Fifth embodiment)
FIG. 15 shows an example in which the control center is set at the corner of the vehicle in the autonomous
(第6の実施形態)
図17は本発明の第6の実施形態に係る自律移動車両の車両外形線と駆動車輪との配置を示す。本実施形態の自律移動車両1は、上述の第1ないし第5の実施形態の自律移動車両1とは、4つの車輪組立体20の配置が異なっており、他の構成については、上述のものと同様である。
(Sixth embodiment)
FIG. 17 shows the arrangement of vehicle outlines and drive wheels of an autonomous mobile vehicle according to the sixth embodiment of the present invention. The autonomous
この自律移動車両1の全方向に走行移動可能とする車輪組立体20は、その中央車軸の方向が、略長方形の車両外郭10の各辺と平行とされている。すなわち、左右の車輪組立体20の車輪の接地面における速度V2,V4が前後方向とされ、前後の車輪組立体20の車輪の接地面における速度V1,V3が左右方向とされている。このような自律移動車両1において、制御中心Aの移動速度(Vx,Vy,ω)に対する各車輪組立体20の回転速度V1,V2,V3,V4の指令値は、次式(4)によって求められる。
The
(第7の実施形態)
図18は本発明の第7の実施形態に係る自律移動車両の車両外形線と駆動車輪との配置を示す。この自律移動車両1は、全方向に走行移動可能とする3つの車輪組立体20を3角形状に配置したものである。制御中心Aの移動速度(Vx,Vy,ω)に対する各車輪組立体20の回転速度V1,V2,V3は、第1の実施形態の自律移動車両1と同様に求められる。
(Seventh embodiment)
FIG. 18 shows an arrangement of vehicle outlines and drive wheels of an autonomous mobile vehicle according to the seventh embodiment of the present invention. The autonomous
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、車輪組立体20を5つ以上備えた構成とすることもできる。
The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made. For example, a configuration in which five or
1 自律移動車両
2 走行手段
3,31〜34 障害物検知センサ
4 走行制御手段
A,A0,A1 制御中心
P,P2 障害物
DESCRIPTION OF
Claims (5)
略全方向に走行移動可能とする走行手段と、
移動に際して障害となる障害物を検出する障害物検知センサと、
地図情報を記憶すると共にその地図情報に基づいて、前記センサによって検知された障害物との衝突を回避しつつ、前記走行手段を制御する走行制御手段と、を備え、
前記走行制御手段は、当該車両の左右方向の動きを略ゼロに制限した上で前後方向および回転の2自由度の運動を行うように前記回転運動の中心を制御中心として前記走行手段を制御し、障害物を回避するために移動方向を変更する際に、衝突可能性が高い障害物位置または該障害物位置に近い当該車両を含む当該車両周辺に前記制御中心を設定することを特徴とする自律移動車両。 An autonomous mobile vehicle that moves autonomously based on stored map information,
Traveling means that allows traveling in substantially all directions;
An obstacle detection sensor for detecting obstacles that become obstacles during movement;
Travel control means for controlling the travel means while storing map information and avoiding a collision with an obstacle detected by the sensor based on the map information;
The travel control means controls the travel means with the center of the rotational motion as a control center so as to perform the motion of two degrees of freedom in the front-rear direction and the rotation after limiting the movement of the vehicle in the left-right direction to substantially zero. When changing the moving direction to avoid an obstacle, the control center is set around the vehicle including an obstacle position having a high possibility of collision or the vehicle close to the obstacle position. Autonomous mobile vehicle.
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