JP3198076B2 - 移動ロボットの経路作成方法 - Google Patents
移動ロボットの経路作成方法Info
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
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Description
の移動経路を作成する技術に関し、特に行動環境内の地
図情報を基に、簡単なアルゴリズムの繰り返しにより、
ロボットの現在位置から到達すべき位置までの最適経路
を、短時間で作成する方法に関する。
開平4−42014号「移動体の自己位置検出方法と装
置」(特許第2531999号)に関連する技術であ
る。経路探索法として従来から多くの提案がなされてお
り、例えば、障害物を多角形近似し、最短距離がその頂
点を通ることから、移動経路内にある障害物、壁等の頂
点を結ぶ経路の全ての組み合わせについて、グラフ理論
的探索手法で最短経路を見つける方法がある。
際の移動環境では1フロアをとってみても机・棚・壁な
ど数百の頂点があり、その計算量も指数関数的に増大す
る。そのため、超グラフを用いた階層化などを行って高
速化を図る試みや、障害物のポテンシャル場における最
小ポテンシャル経路を見つける方法、数理計画法、木構
造に基づく階層化された記述法などが研究されてきた。
しかし、これらはいずれも最適経路を求める論理的手法
の域を出ないものであり、計算に長時間を要したり、移
動ロボットに搭載できないような大型のコンピュータを
必要とする等、実時間性や実用性に乏しく、実際の移動
ロボットに応用できるようなシステムは実現されていな
い。
ボットの移動経路を作成するにあたり、ロボットに搭載
可能な小型のコンピュータと単純化されたアルゴリズム
を用いて短時間のうちに移動経路を生成し、ロボットを
所定の始点から終点へと迅速に移動させるための経路作
成方法を提供することを目的としている。
トの経路作成方法は、ある程度整備された環境内での移
動を前提とし、事前にその地図情報が必要である。そこ
で、移動ロボットの通過の障害となりうるもの(壁・柱
・什器等)の輪郭を、直線による折れ線で近似表現した
環境地図を作成する。折れ線には前向き(右回り又は左
回り)に順番と方向付けをしておく。
点を直線で結んだ経路を初めの経路候補とする。環境地
図における障害物を表す連続した線分を、地図上の適当
な開始位置からたどっていき、経路候補と交差した点の
有無を判別する。複数の交点があった場合は、障害物を
表す線分のうち始点に最も近い線分を選んで、その線分
の延長上で数学的微小量εだけ離れた位置にサブゴール
を生成し、経路候補を途中にサブゴールを入れたものに
更新する。この簡単なアルゴリズムを繰り返し行い、順
次経路候補を更新していくことにより、最終的に障害物
を回避した経路を作成する。
りとにより、複数通りの経路候補が得られる場合は、こ
れらの経路候補について最適化の処理を行い、最短なも
のを最終的な経路とする。
ムは、次のような工程から成る。 (a) 始点と終点を直線で結んで経路候補とする。 (b) 前記境界線の各線分を先頭から順番に前記経路候補
と交差していないかチェックし、前記経路候補の直線が
前記境界線の線分と交差する位置のうち最も始点側に近
い線分を直近交差線分とし、 (c) 当該直近交差線分の前方側端縁から所定の微小距離
だけ前方にサブゴールを設定する。
に到る新たな経路によって経路候補を更新する。 (e) 新たな経路候補と境界線とが交差する位置のうち最
も始点側に近い線分を次の直近交差線分とする。 (f) 以下前記(c)(d)(e) を繰り返して経路候補を更新
し、新たな経路候補と境界線とが交差しなくなるまで繰
り返す。
の線分が経路候補の直線2本と同時に交差するような状
態が発生した場合は、これら2本の直線上に共通するサ
ブゴールを削除して飛ばした経路を新たな経路候補とす
る。
た移動経路につき始点からサブゴールと終点に向かって
サブゴールを1つずつ飛ばしながら直線で結び、この直
線が境界線と交差しない場合は飛ばしたサブゴールを消
去し、境界線と交差する場合は残ったサブゴールを1つ
ずつ前進しながら次のサブゴールを1つずつ飛ばして直
線で結び、境界線と交差しない場合は飛ばしたサブゴー
ルを消去することを繰り返して最終的な移動経路とすれ
ば、経路を短縮することができる。
分にそれぞれ右回りと左回りの2通りの順序付けを行
い、右回りの最終的な移動経路と左回りの最終的な移動
経路とを比較して短い方を最終的な移動経路とすれば、
最短の移動経路が得られることになる。
障害物を表す線分との交差判別を行い、交点が存在した
場合に線分の延長線上にサブゴールを生成するという簡
単なアルゴリズムの繰り返しであるから、経路生成時間
の大幅な短縮が可能となり、ロボットに搭載可能な小型
のコンピュータによって処理することができる。従っ
て、移動ロボットが移動中において到達目標位置の変更
指示があった場合にもリアルタイムに応答することが可
能となる。以下、本発明による好適な実施形態を添付図
面を参照しながら説明する。
を図1に示す。図1に示すような室内の場合、閉じた1
つの閉空間としてXY座標系を定義する。室内には突出
壁、柱、什器等の障害物が壁面10に接近した状態又は
壁面から離れた島12,14の状態で存在している。こ
れらを折れ線近似し、一筆書きの要領で折れ点のX,Y
座標を列挙したものを地図データとする。
P4,・・・・・Pi,・・・・・P0,0,U0,U1,U2,・
・・U0,0,U6,U7,U8,・・・・・U6,0 と表現さ
れ、0は壁面又は島のデータの区切りを表す。
ズムを、障害物の形状がI型である図2を参照しながら
説明する。最初に、障害物の端縁にロボットの幅の2分
の1と衝突防止隙間(例えば20mm)とを加えて端縁
を拡大し、折れ線近似させたものを境界線と設定する。
さらに、各折れ線の線分に前向きの順序付けAB,B
C,CD,DE,EF,・・・を行って壁面側が一筆書
きとなる境界線データを作成する。
点(ゴール位置)を指示すると、最初の経路候補として
始点と終点を結んだ直線が生成される。ここで、壁面側
の境界線上の適当な開始位置から境界線が前述の経路候
補と交差していないかを、例えばA点からAB,BC,
CD,・・・の順にチェックしていき、経路候補が境界
線と交差していた場合、サブゴールなるものを設定して
障害物を回避する経路を求める。すなわち、経路候補が
境界線の線分と交差する位置のうち最も始点側に近い線
分BCを直近交差線分とし、この線分の前方側端縁から
所定の微小距離ε(例えば10mm)だけ前方に第1番
目のサブゴールC′を設定する。ここで経路候補を始点
−C′−終点に更新する。
いないかを、CD,DE,EF,・・・の順にチェック
していくと、線分CDと交差しているので、線分CDを
直近交差線分とし、この線分の前方側端縁から所定の微
小距離だけ前方に第2番目のサブゴールD′を設定す
る。ここで経路候補を始点−C′−D′−終点に更新す
る。
いないかをチェックしていくと、交差していないことが
わかるので、経路作成工程を終了する。
型やT型の場合についての経路作成方法を説明する。図
3(a)において、最初の経路候補として始点と終点を
結んだ直線が生成される。前述したアルゴリズムに従
い、始点と終点を結ぶ直線に対して境界線と交差チェッ
クをAB,BCと行う過程で線分BCと経路候補が交差
するため、図3(b)に示すようにして、その直近交差
線分BCの前方側端縁から所定の微小距離εだけ前方に
第1番目のサブゴールC′を設定する。ここで経路候補
を始点−C′−終点に更新する。
点−C′が交差するので、その間にサブゴールD′が追
加され、経路候補が始点−D′−C′−終点となる。図
3(c)において、境界線DEと経路候補のD′−C′
が交差するため、その間にサブゴールE′が追加され、
経路候補が始点−D′−E′−C′−終点となる。
補のE′−C′が交差するため、その間にサブゴール
F′が追加され、経路候補が始点−D′−E′−F′−
C′−終点となる。図3(e)において、境界線FGと
経路候補のF′−C′が交差するため、その間にサブゴ
ールG′が追加され、経路候補が始点−D′−E′−
F′−G′−C′−終点となる。
補は交差しないため、経路候補はそのままで変化しな
い。ただし、図3(f)において、境界線HIが経路候
補のG′−C′とC′−終点の2本と同時に交差するた
め、その間のサブゴールC′が削除され、経路候補は図
3(g)に示すように始点−D′−E′−F′−G′−
終点となる。これを境界線分について一巡すれば実用上
の最短距離となっている。
の状態で存在する閉鎖平面で、始点から終点まで経路を
作成する工程を表している。図4(b)は島40の境界
線を右回りに方向付けした場合のロボットの移動経路を
表し、図4(c)は島40の境界線を左回りに方向付け
した場合の移動経路を表している。理論的には壁面側に
ついても右回りと左回りの2通りの経路を想定すること
が可能である。
合は、距離の全長を計算して短い方を選択する。島が2
個以上ある場合は、各島について右回りか左回りか一方
を選んで移動経路を最適化する処理を行う。図4の場合
は、図4(c)の経路が図4(b)の経路より短いの
で、図4(c)の経路を選択する。
ると、サブゴール2,3,4,8は省略できることがわ
かる。これをコンピュータ処理によって判断するために
は、作成された移動経路につき始点からサブゴールと終
点に向かってサブゴールを1つずつ飛ばしながら直線で
結び、この直線が境界線と交差しない場合は飛ばしたサ
ブゴールを消去し、境界線と交差する場合は残ったサブ
ゴールを1つずつ前進しながら次のサブゴールを1つず
つ飛ばして直線で結び、境界線と交差しない場合は飛ば
したサブゴールを消去することを繰り返して最終的な移
動経路とすればよい。
していく短縮化処理工程を表している。(a)はサブゴ
ール1を飛ばすと直線が境界線と交差するので飛ばせな
い状態、(b)はサブゴール2が飛ばせる状態、(c)
(d)は新たなサブゴール2が飛ばせる状態、(e)は
サブゴール2が飛ばせない状態、(f)は新たなサブゴ
ール3が飛ばせない状態、(g)は新たなサブゴール4
が飛ばせない状態、(h)は新たなサブゴール5が飛ば
せる状態を表しており、かくして、移動経路が始点から
サブゴール1〜5を経由して終点に到達する最短経路と
なって最適化が達成される。
理の流れを表すフローチャートである。図7は全体の流
れを表し、図8は経路作成のアルゴリズムを表してい
る。各処理における具体的な手順は、コンピュータのプ
ログラムによって処理されるものであり、障害物の形状
や島の数などに応じて、各種の修正や変更を加えること
を予定しているものである。
経路作成方法は簡単なアルゴリズムの繰り返しであるた
め、経路生成時間の大幅な短縮が可能となり、ロボット
に搭載可能な小型のコンピュータによって処理すること
ができる。従って、移動ロボットが移動中において到達
目標位置の変更指示があった場合にもリアルタイムに応
答することが可能となる。本発明の経路作成方法は、警
備・巡視用ロボットのパスプランニングや、工場・オフ
ィス・学校などでの無人搬送車等に適用できる等、移動
ロボットにおける技術的効果には極めて顕著なものがあ
る。
した平面図である。
図である。
図である。
ある。
図である。
図である。
流れ図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 閉鎖された平面内に突出壁、柱、什器等
の障害物が壁面に接近した状態又は壁面から離れた島の
状態で存在する平面内を始点から終点まで移動ロボット
による移動経路を作成する方法であって、 障害物の存在を示す地図データを作成し、 障害物の端縁にロボットの幅の2分の1と衝突防止隙間
とを加えて端縁を拡大し折れ線近似させ、各折れ線が表
示する境界線の線分に前向きの順序付けを行って壁面側
及び島側がそれぞれ一筆書きとなる境界線データを作成
し、(a) 始点と終点を直線で結んで経路候補とし、(b)
前記境界線の各線分を先頭から順番に前記経路候補と交
差していないかチェックし、前記経路候補の直線が前記
境界線の線分と交差する位置のうち最も始点側に近い線
分を直近交差線分とし、(c) 当該直近交差線分の前方側
端縁から所定の微小距離だけ前方にサブゴールを設定
し、(d) 始点から新たなサブゴールを経て終点に到る新
たな経路によって経路候補を更新し、(e) 新たな経路候
補と境界線とが交差する位置のうち最も始点側に近い線
分を次の直近交差線分とし、(f) 以下前記(c)(d)(e) を
繰り返して経路候補を更新し、新たな経路候補と境界線
とが交差しなくなるまで繰り返し、 始点から終点に到る移動経路を生成することを特徴とす
る移動ロボットの経路作成方法。 - 【請求項2】 前記経路作成工程において、境界線の1
本の線分が経路候補の直線2本と同時に交差した場合
は、これら2本の直線上に共通するサブゴールを削除し
て飛ばした経路を新たな経路候補とする請求項1記載の
移動ロボットの経路作成方法。 - 【請求項3】 前記作成された移動経路につき始点から
サブゴールと終点に向かってサブゴールを1つずつ飛ば
しながら直線で結び、この直線が境界線と交差しない場
合は飛ばしたサブゴールを消去し、境界線と交差する場
合は残ったサブゴールを1つずつ前進しながら次のサブ
ゴールを1つずつ飛ばして直線で結び、境界線と交差し
ない場合は飛ばしたサブゴールを消去することを繰り返
して最終的な移動経路とする請求項1記載の移動ロボッ
トの経路作成方法。 - 【請求項4】 前記壁面側及び島側の折れ線の線分にそ
れぞれ右回りと左回りの2通りの順序付けを行い、右回
りの最終的な移動経路と左回りの最終的な移動経路とを
比較して短い方を最終的な移動経路とする請求項3記載
の移動ロボットの経路作成方法。
Priority Applications (1)
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JP15311497A JP3198076B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 移動ロボットの経路作成方法 |
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JP15311497A JP3198076B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 移動ロボットの経路作成方法 |
Publications (2)
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ID=15555285
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP15311497A Expired - Lifetime JP3198076B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 移動ロボットの経路作成方法 |
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-
1997
- 1997-05-28 JP JP15311497A patent/JP3198076B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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