JP5394597B2 - 自律移動装置、自律移動方法、及び自律移動装置用のプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、制御装置によって移動が制御される自律移動装置、自律移動方法、及び自律移動装置用のプログラムに関するものである。
近年、人が存在する空間で動作するサービスロボットの研究開発が行われている。例えば、人の代わりに物品を運ぶ物品搬送ロボット、又は、施設内を巡回し警備するロボット、又は、清掃を行うロボットなどがある。このような移動しながら作業を行うロボットは、移動中に人と遭遇するシーンがある。このとき、ロボットが人と安全にすれ違う必要がある。
従来技術として、人に代表される移動体を回避するためのロボットの軌道生成を行う技術がある(非特許文献1)。この従来技術では、人は接近するロボットに対して、ロボットから仮想的な斥力を受けて、その斥力に押される方向へ方向を変えながら移動するというポテンシャル法に基づく考え方により、人の移動経路を予測し、その予測に基づいて複数の人を回避する軌道を生成する方式である。
従来技術を具体的に説明する。図34Aと図34Bは、従来技術の概要を示す。図34Aは、ロボットRと2つの移動体(人)O1、O2とにおける初期位置を示し、ロボットRと2つの移動体(人)O1、O2とのそれぞれの進行方向が交差する状態を示している。図34Bは、ロボットRが進行しながら、左へ旋回する場合を示す。移動体O2は自分の方向に近づくロボットRを避けながら進行するため、方向を変えることになる。
このとき、移動体(人)O1,O2が取る移動経路を予測するために、ロボットRがポテンシャルを持っていると仮定し、移動体(人)O1,O2に斥力を与える。図35で示すように、移動体O1,O2の目的地からの引力FniとロボットRから斥力Frijとの合成ベクトルFにおける方向を、移動体O1,O2の経路と予測する。この予測に基づいて、ロボットRが自分の動作を決定する(非特許文献1参照)。
井上晃、井上健司、大川善邦 「複数移動障害物の行動予測に基づく自律移動ロボットのオンライン回避行動計画」、日本ロボット学会誌 15(2)、 249−260、 1997−03−15
従来技術は、移動体(即ち人)が全方向に一様に移動可能であるという前提の方式である。しかしながら、人は、移動する方向によっては動き易さに違いが生じる可能性があり、従来技術で生成された回避軌道では、人に無理な動き又は負荷のかかる動きをさせるおそれがあるという課題を有する。
例えば、病院などの施設で動作する移動型のサービスロボットを考えた場合に、回避の対象とする人が、通常に歩行できる健常者だけでなく、車椅子利用者、松葉杖利用者、あるいは、点滴の器具などの医療器具を伴って歩行する人、又は、手押し型のカートを動かしながら歩く作業者などを考慮する必要がある。これら、移動の方向に関して決して一様な動きを期待できない、回避対象の人に対して、従来技術では適切な回避経路を生成できない不都合を有する。
具体的には、車椅子利用者は、2輪の車椅子を操作して移動するという制約がある。車椅子は、回転しながら移動する際の回転半径が小さく、回転角度が大きい場合、車椅子利用者にとってやり難く、時間がかかってしまう動作となる。松葉杖利用者も、2本の松葉杖で動きが制限される。方向転換を行う際に、松葉杖利用者は健常者ほど迅速にできない。
方向転換などの移動を行う際に、回避対象者の移動時の制約によって、動き易さが異なる。ここでは、移動時における動き易さを、回避対象者の移動能力とする。
従来技術では、このような、回避対象者の移動能力によって、車椅子利用者又は松葉杖利用者などに対して大きい方向転換を強いるような回避軌道を生成する可能性があるという不都合を有する。
従来例における不都合を具体的に図36Aと、図36Bと、図36Cとを用いて説明する。図36Aは、健常者5aである人5に適用する場合を示す。健常者5aは、合成ベクトルで示した方向にすぐに移動できる。しかしながら、図36Bに示す車椅子5baを利用する人5である車椅子利用者5bの場合、合成ベクトルで示した方向への方向転換の角度が大きい移動をさせることになる(図36Bを参照)。そのため、車椅子利用者5bには負荷が掛かってしまう。図36Cに示す松葉杖5caを利用する人5である松葉杖利用者5cの場合も同様である(図36Cを参照)。
特許文献1では、高齢者向け共同住宅又は老人ホームなどでの自動走行車椅子が、障害物の種類に応じて回避動作を行うと記載されている。しかしながら、障害物の種類は、自動扉か、自動昇降機扉か、不特定障害物か、としか区別せず、障害物における移動能力が考慮されていない。回避方法について、画像情報から障害物の形状、サイズ、及び、障害物までの距離などを算出し、予め定められた迂回ルートを取得するとしか記載されず、移動障害物の種類に応じて、障害物が移動し易くなるような自動走行車椅子の生成経路が考慮されていない。
従って、本発明の目的は、人とすれ違う際に人の移動能力に適した、避け易い経路へ人を誘導することを可能とする自律移動装置、自律移動方法、及び自律移動装置用のプログラムを提供することである。
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の1つの態様によれば、移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置において、
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部と、
前記人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、
を備える自律移動装置を提供する。
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部と、
前記人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、
を備える自律移動装置を提供する。
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置、自律移動方法、及び自律移動装置用のプログラムによれば、自律移動装置と人とがすれ違うとき、人に移動してもらう経路の候補を複数個作成し、その中から人の移動能力に基づく属性に応じて、人が最も避け易い候補経路が選択され、その避け易い経路へ人を誘導することができる。複数の経路の候補から選択する際に、人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷(例えば、移動距離による負荷と人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷)を、人の移動能力に基づく属性に応じて評価するため、移動負荷が最も小さい経路の候補を人の最も避け易い経路として選択することができる。自律移動装置が人をその経路に誘導するため、人が小さい移動負荷で自律移動装置とすれ違うことができる。
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図1Aは、本発明の第1実施形態における自律移動装置の正面図であり、
図1Bは、本発明の第1実施形態における自律移動装置の側面図であり、
図2Aは、自律移動装置と車椅子利用者がすれ違うシーンを示す図であり、
図2Bは、自律移動装置と車椅子利用者がすれ違うシーンを示す図であり、
図3Aは、人の最も避け易い経路を示す図であり、
図3Bは、人の最も避け易い経路を示す図であり、
図4は、<実験1:車椅子利用者を検知した際に車椅子利用者の通路に対する方向角度が大きい場合の実験>を示す図であり、
図5は、実験1における車椅子利用者のL1の経路及びL2の経路での走行時間を表形式で示す図であり、
図6は、<実験2:車椅子利用者を検知した際に車椅子利用者の通路に対する方向角度が小さい場合の実験>を示す図であり、
図7は、実験2における実験2における車椅子利用者のL1の経路及びL2の経路での走行時間を表形式で示す図であり、
図8Aは、<実験3:車椅子利用者が様々な曲率の経路上に走行する場合の実験>を示す図であり、
図8Bは、<実験3:車椅子利用者が様々な曲率の経路上に走行する場合の実験>の結果をプロットしたグラフを示す図であり、
図9は、実験3における車椅子利用者のそれぞれの経路での走行時間を表形式で示す図であり、
図10は、<実験4:松葉杖利用者を検知した際に松葉杖利用者の通路に対する方向角度が大きい場合の実験>を示す図であり、
図11は、実験4における松葉杖利用者のL1の経路及びL2の経路での走行時間を表形式で示す図
図12は、<実験5:松葉杖利用者を検知した際に松葉杖利用者の通路に対する方向角度が小さい場合の実験>を示す図であり、
図13は、実験5における松葉杖利用者のL1の経路及びL2の経路での走行時間を表形式で示す図であり、
図14Aは、<実験6:松葉杖利用者が様々な曲率の経路上に走行する場合の実験>を示す図であり、
図14Bは、<実験6:松葉杖利用者が様々な曲率の経路上に走行する場合の実験>の結果をプロットしたグラフを示す図であり、
図15は、実験6における松葉杖利用者のそれぞれの経路での走行時間を表形式で示す図であり、
図16は、<実験7:健常者を検知した際に健常者利用者の通路に対する方向角度が大きい場合の実験>を示す図であり、
図17は、実験7における健常者のL1の経路及びL2の経路での走行時間を表形式で示す図であり、
図18Aは、本発明の第1実施形態における自律移動装置における構成を示すブロック図であり、
図18Bは、本発明の第1実施形態の変形例における自律移動装置における構成を示すブロック図であり、
図19Aは、本発明の第1実施形態における自律移動装置の動作の手順を示すフローチャートであり、
図19Bは、本発明の第1実施形態の変形例にかかる自律移動装置の動作の手順を示すフローチャートであり、
図20Aは、本発明の第1実施形態の自律移動装置においてLRFセンサーが走行環境及び障害物を計測した様子を示す説明図であり、
図20Bは、本発明の第1実施形態の自律移動装置においてLRFセンサーが取得したデータを示す説明図であり、
図21Aは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において環境マップを示す図であり、
図21Bは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において環境マップにおけるデータベースの内容を示す図であり、
図22は、本発明の第1実施形態の自律移動装置において人移動属性取得手段の判断結果の例を示す図であり、
図23は、ステレオカメラを用いた車椅子利用者検出方法を示す図であり、
図24は、本発明の第1実施形態の自律移動装置において人を検知した際の自律移動装置と人との位置関係を示す図であり、
図25は、本発明の第1実施形態の自律移動装置において自律移動装置と人がすぐに衝突する場合の自律移動装置の回避動作を示す図であり、
図26は、本発明の第1実施形態の自律移動装置において人が避ける領域を示す図であり、
図27は、本発明の第1実施形態の自律移動装置において人に移動してもらう経路の候補における目的地の設定方法を示す図であり、
図28Aは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において有効な候補経路の抽出方法を示す図であり、
図28Bは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において抽出された候補経路を示す図であり、
図29Aは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において候補経路における移動負荷を計算する方法を示す図であり、
図29Bは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において候補経路における移動負荷を計算する方法を示す図であり、
図30は、本発明の第1実施形態の自律移動装置において移動属性ごとの移動距離による負荷における重みwforwardと人の方向転換し易さによる負荷における重みwdirectionの例を示す図であり、
図31Aは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において車椅子利用者の通路に対する方向角度が大きい場合における移動負荷評価の例を示す図であり、
図31Bは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において車椅子利用者の通路に対する方向角度が大きい場合における移動負荷の計算結果を示す図であり、
図32Aは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において車椅子利用者の通路に対する方向角度が小さい場合における移動負荷評価の例を示す図であり、
図32Bは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において車椅子利用者の通路に対する方向角度が小さい場合における移動負荷の計算結果を示す図であり、
図33Aは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において人を誘導する経路を決定する方法を示す図であり、
図33Bは、本発明の第1実施形態の自律移動装置において人を誘導する経路を決定する方法を示す図であり、
図34Aは、従来アプローチの概要を示す図であり、
図34Bは、従来アプローチの概要を示す図であり、
図35は、従来アプローチにおけるポテンシャル方に基づく人の経路予測を示す図であり、
図36Aは、従来アプローチにおける人の行動原理を健常者に適用した際の例を示す図であり、
図36Bは、従来アプローチにおける人の行動原理を車椅子利用者に適用した際の例を示す図であり、
従来アプローチにおける人の行動原理を松葉杖利用者に適用した際の例を示す図である。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
本発明の第1態様によれば、移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置において、
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部と、
前記人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、
を備える自律移動装置を提供する。
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部と、
前記人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、
を備える自律移動装置を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、自律移動装置と人とがすれ違うとき、人に移動してもらう経路の候補を複数個作成し、その中から人の移動能力に基づく属性に応じて、人が最も避け易い候補経路が選択され、その避け易い経路へ人を誘導することができる。複数の経路の候補から選択する際に、人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷(例えば、移動距離による負荷と人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷)を、人の移動能力に基づく属性に応じて評価するため、移動負荷が最も小さい経路の候補を人の最も避け易い経路として選択することができる。自律移動装置が人をその経路に誘導するため、人が小さい移動負荷で自律移動装置とすれ違うことができる。
移動にかかる時間を表す移動負荷を評価するにあたって、移動距離による負荷だけではなく、人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷も考慮することができる。そのため、人の移動能力によって方向転換し易さに差異があっても、人の移動能力に適した人の最も避け易い経路を計画でき、人をその経路に誘導できる。
本発明の第2態様によれば、前記人移動属性取得部は、前記人の方向転換に関する情報を人移動属性として取得する第1の態様に記載の自律移動装置を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、前記人がどの移動属性に属するかを取得することができる。前記人がどの移動属性に属するかを分かれば、前記人の方向転換し易さが分かる。
移動にかかる時間を表す移動負荷を評価するにあたって、移動距離による負荷だけではなく、人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷も考慮することができる。そのため、人の移動能力によって方向転換し易さに差異があっても、人の移動能力に適した人の最も避け易い経路を計画でき、人をその経路に誘導できる。
本発明の第2態様によれば、前記人移動属性取得部は、前記人の方向転換に関する情報を人移動属性として取得する第1の態様に記載の自律移動装置を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、前記人がどの移動属性に属するかを取得することができる。前記人がどの移動属性に属するかを分かれば、前記人の方向転換し易さが分かる。
本発明の第3態様によれば、前記自律移動装置情報取得部とからの情報と前記人検知部とからの情報とを基に、前記人検知部によって検知された前記人と前記自律移動装置とが衝突する可能性の有無を判断する衝突判断部をさらに備え、
前記人経路候補作成部は、前記衝突判断部によって前記人と前記自律移動装置とが衝突する可能性が有る場合、前記人に移動してもらう経路の候補を作成する第1又は2の態様に記載の自律移動装置を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、前記自律移動装置の情報と前記人の情報とに基づいて、前記自律移動装置と前記人との衝突可能性を判断し、衝突可能性が有る場合のみ、前記人に移動してもらう経路の候補を作成できる。即ち、衝突可能性が無い場合、自律移動装置の通常の経路を維持できる。
前記人経路候補作成部は、前記衝突判断部によって前記人と前記自律移動装置とが衝突する可能性が有る場合、前記人に移動してもらう経路の候補を作成する第1又は2の態様に記載の自律移動装置を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、前記自律移動装置の情報と前記人の情報とに基づいて、前記自律移動装置と前記人との衝突可能性を判断し、衝突可能性が有る場合のみ、前記人に移動してもらう経路の候補を作成できる。即ち、衝突可能性が無い場合、自律移動装置の通常の経路を維持できる。
本発明の第4態様によれば、前記人経路候補作成部は、前記自律移動装置と前記人が衝突するまでの予測時間及び前記人の速度に基づいて、前記候補経路の目的地を決定する第3の態様に記載の自律移動装置を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、現在の前記自律移動装置の情報と前記人の情報とを維持すれば、前記自律移動装置と前記人が衝突し得る領域を予測でき、その衝突し得る領域の周辺に前記候補経路の目的地を設定できる。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、現在の前記自律移動装置の情報と前記人の情報とを維持すれば、前記自律移動装置と前記人が衝突し得る領域を予測でき、その衝突し得る領域の周辺に前記候補経路の目的地を設定できる。
本発明の第5態様によれば、前記人経路決定部は、前記自律移動装置が走行する環境マップと、前記人経路負荷評価部によって求められた前記移動負荷とに基づいて、前記人に移動してもらう経路を決定する第1〜4のいずれか1つの態様に記載の自律移動装置を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、前記自律移動装置が走行する環境マップと各前記候補経路における前記移動負荷とを考慮し、前記人に移動してもらう経路を決定することができる。例えば、ある候補経路の先において既知の固定障害物(ゴミ箱、など)が存在する場合、その候補経路を選択しない。尚、その既知の固定障害物が環境マップにあるとする。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、前記自律移動装置が走行する環境マップと各前記候補経路における前記移動負荷とを考慮し、前記人に移動してもらう経路を決定することができる。例えば、ある候補経路の先において既知の固定障害物(ゴミ箱、など)が存在する場合、その候補経路を選択しない。尚、その既知の固定障害物が環境マップにあるとする。
本発明の第6態様によれば、前記人経路決定部は、避け易い前記人の移動負荷が最小となる候補経路を選択する第1〜5のいずれか1つの態様に記載の自律移動装置を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、複数の前記候補経路の中から、移動負荷の最も小さい候補経路を選択し、その候補経路を前記人の最も避け易い経路、即ち人が移動するには最も移動時間がかからない経路、と決定することができる。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置によれば、複数の前記候補経路の中から、移動負荷の最も小さい候補経路を選択し、その候補経路を前記人の最も避け易い経路、即ち人が移動するには最も移動時間がかからない経路、と決定することができる。
本発明の第7態様によれば、移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置の自律移動方法において、
前記自律移動装置の位置及び速度を自律移動装置情報取得部で取得し、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を人検知部で取得し、
前記人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を人移動属性取得部で取得し、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、人経路候補作成部で作成し、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を人経路負荷評価部で評価し、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を人経路決定部で決定し、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を誘導経路計画部で計画し、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を移動制御部で制御する、自律移動方法を提供する。
前記自律移動装置の位置及び速度を自律移動装置情報取得部で取得し、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を人検知部で取得し、
前記人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を人移動属性取得部で取得し、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、人経路候補作成部で作成し、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を人経路負荷評価部で評価し、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を人経路決定部で決定し、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を誘導経路計画部で計画し、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を移動制御部で制御する、自律移動方法を提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動方法によれば、自律移動装置と人とがすれ違うとき、人に移動してもらう経路の候補を複数個作成し、その中から人の移動能力に基づく属性に応じて、人が最も避け易い候補経路が選択され、その避け易い経路へ人を誘導することができる。複数の経路の候補から選択する際に、人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷(例えば、移動距離による負荷と人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷)を、人の移動能力に基づく属性に応じて評価するため、移動負荷が最も小さい経路の候補を人の最も避け易い経路として選択することができる。自律移動装置が人をその経路に誘導するため、人が小さい移動負荷で自律移動装置とすれ違うことができる。
移動にかかる時間を表す移動負荷を評価するにあたって、移動距離による負荷だけではなく、人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷も考慮することができる。そのため、人の移動能力によって方向転換し易さに差異があっても、人の移動能力に適した人の最も避け易い経路を計画でき、人をその経路に誘導できる。
移動にかかる時間を表す移動負荷を評価するにあたって、移動距離による負荷だけではなく、人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷も考慮することができる。そのため、人の移動能力によって方向転換し易さに差異があっても、人の移動能力に適した人の最も避け易い経路を計画でき、人をその経路に誘導できる。
本発明の第8態様によれば、移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置を制御ためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、として機能させるための自律移動装置用プログラムを提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置用のプログラムによれば、自律移動装置と人とがすれ違うとき、人に移動してもらう経路の候補を複数個作成し、その中から人の移動能力に基づく属性に応じて、人が最も避け易い候補経路が選択され、その避け易い経路へ人を誘導することができる。複数の経路の候補から選択する際に、人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷(例えば、移動距離による負荷と人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷)を、人の移動能力に基づく属性に応じて評価するため、移動負荷が最も小さい経路の候補を人の最も避け易い経路として選択することができる。自律移動装置が人をその経路に誘導するため、人が小さい移動負荷で自律移動装置とすれ違うことができる。
移動にかかる時間を表す移動負荷を評価するにあたって、移動距離による負荷だけではなく、人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷も考慮することができる。そのため、人の移動能力によって方向転換し易さに差異があっても、人の移動能力に適した人の最も避け易い経路を計画でき、人をその経路に誘導できる。
コンピュータを、
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、として機能させるための自律移動装置用プログラムを提供する。
本発明の前記態様にかかる自律移動装置用のプログラムによれば、自律移動装置と人とがすれ違うとき、人に移動してもらう経路の候補を複数個作成し、その中から人の移動能力に基づく属性に応じて、人が最も避け易い候補経路が選択され、その避け易い経路へ人を誘導することができる。複数の経路の候補から選択する際に、人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷(例えば、移動距離による負荷と人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷)を、人の移動能力に基づく属性に応じて評価するため、移動負荷が最も小さい経路の候補を人の最も避け易い経路として選択することができる。自律移動装置が人をその経路に誘導するため、人が小さい移動負荷で自律移動装置とすれ違うことができる。
移動にかかる時間を表す移動負荷を評価するにあたって、移動距離による負荷だけではなく、人の方向転換し易さによる負荷を含む移動負荷も考慮することができる。そのため、人の移動能力によって方向転換し易さに差異があっても、人の移動能力に適した人の最も避け易い経路を計画でき、人をその経路に誘導できる。
以下、図面を参照して本発明における第1実施形態を詳細に説明する。
まず、本発明の第1実施形態における自律移動装置1は、図1A及び図1Bに示すように、円筒状の自律移動装置本体(移動体)1aの下部に左車輪2aと右車輪2bとがそれぞれ独立して正逆回転可能に配置されて、自律移動可能な移動体で構成されている。このような自律移動装置1と車椅子利用者5bとの通路6でのすれ違いに着目する。図2A及び図2Bは、自律移動装置1と車椅子利用者5bとが、通路6ですれ違うシーンを示す。自律移動装置1の座標系から見れば、車椅子利用者5bが自律移動装置1の右側にある。車椅子利用者5bが通路6の長手方向に対して大きく傾いている(θ参照)とする。左壁6aと右壁6bとで挟まれた通路6の幅は、自律移動装置1と車椅子利用者5bとがちょうどすれ違えるような寸法とする。
図2Aの左側の図では、車椅子利用者5bが自律移動装置1の右側にあるため、矢印7aのように自律移動装置1が先に左壁6aに寄せながら動くとする。自律移動装置1の矢印7aの動きに対して、矢印8aのように車椅子利用者5bが右壁6bに寄せながら動く(図2Aの右側の図参照)。しかし、車椅子利用者5bの矢印7aに沿った移動のうちの最初の移動方向によって、矢印8aのように車椅子利用者5bが右壁6bに寄るように大きく方向転換しなければならない(符号10は、人5が取る経路における方向転換大きい部分を示す。)。そのため、自律移動装置1の動作が、車椅子利用者5bに負荷のある動きをさせることになる。図2Aの右側の図における、稲妻形状の図形は、車椅子利用者5bに負荷がかかり、困難な動作であることを示している。
一方、図2Bでは、矢印7bのように自律移動装置1が先に右壁6bに寄せながら動くとする。自律移動装置1の矢印7bの動きに対して、矢印8bのように車椅子利用者5bが左壁6aに寄せながら動く。この場合、車椅子利用者5bの方向転換の角度が小さいため、車椅子利用者5bが素早く動くことができる。
そのため、自律移動装置1が最初に人5の移動能力(この場合、方向転換のし易さ)に応じた避け易い経路を考慮する必要がある。車椅子利用者5bの場合、自律移動装置1が同じ位置にあっても、最初の方向に応じて、人5の最も避け易い経路9(9a,9b)が変わる場合がある(図3A、図3Bを参照)。例えば、図3Aのときは、最初の方向として車椅子利用者5bが左壁6a側を向いているので、車椅子利用者5bが左壁6aに寄せながら動くのが避け易い経路9aである。これに対して、図3Bのときは、最初の方向として車椅子利用者5bが真っ直ぐ自律移動装置1を向いており、かつ、中央よりも右壁6b側に位置しているため、車椅子利用者5bが右壁6bに寄せながら動くのが避け易い経路9bである。このように、人の最も避け易い経路が分かれば、自律移動装置1が人をその経路に誘導するように動作する必要がある。
前記の説明の根拠及び本発明の前記実施形態の構成による課題解決の有効性を示すための実験について以下に述べる。ここでは、代表例として7種類の実験を行い、それぞれの実験を説明する。<実験1>〜<実験3>、<実験4>〜<実験6>、<実験7>は、それぞれ車椅子利用者、松葉杖利用者、健常者における実験である。
<実験1:自律移動装置1が車椅子利用者5bを検知した際に車椅子利用者5bの通路6Aの長手方向に対する方向角度θが大きい場合の実験>
図4は、実験1の状況を示す図である。図4などにおいて、参照符号7は、すれ違いでの自律移動装置1が取る経路であり、参照符号8は、自律移動装置1の動作に対する人5が取る経路である。
図4は、実験1の状況を示す図である。図4などにおいて、参照符号7は、すれ違いでの自律移動装置1が取る経路であり、参照符号8は、自律移動装置1の動作に対する人5が取る経路である。
通路6A内で、車椅子5baを利用している人5である車椅子利用者5bがSTARTの開始位置からT字路の交差点6Acに向けて動き出し、最初、自律移動装置1は待機したままとする。車椅子利用者5bはT字路の交差点6Acで左折する。車椅子利用者5bがT字路の交差点6Acから現れた際に、自律移動装置1によって車椅子利用者5bが検知され、自律移動装置1がL1’の経路(左壁6a寄りの経路)又はL2’の経路(右壁6b寄りの経路)を取るように動く。自律移動装置1がL1’の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、車椅子利用者5bがL1の経路(右壁6b寄りの経路)を取る。一方、自律移動装置1がL2‘の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、車椅子利用者5bがL2の経路(左壁6a寄りの経路)を取る。さらに、STARTの開始位置からFINISHの終了位置までのL1の経路及びL2の経路での車椅子利用者5bの走行時間をそれぞれ計測する。
このような実験1を20回繰り返し、これらの実験1において、自律移動装置1がランダムにL1’又はL2’の経路を取るようにする。
図5は、実験1における車椅子利用者5bのL1の経路及びL2の経路での走行時間を示す。L1の経路とL2の経路を取る際の平均時間がそれぞれ6.525[s](標準偏差0.507[s])、5.608[s](標準偏差0.329[s])であり、L1の経路よりもL2の経路の走行時間の方が短い。即ち、車椅子利用者5bの通路6Aの長手方向に対する方向角度θが大きい場合、車椅子利用者5bには、L1の経路よりもL2の経路の方が避け易い経路となる。
この実験1より、L1の経路の移動距離の方が短いにも関わらず、L2の経路の方が方向転換の角度θが小さいため、車椅子利用者5bには、L2の経路の方が避け易い経路となることがわかる。よって、このような場合では、自律移動装置1がL2‘の経路を取ることで、車椅子利用者5bが避け易い経路L2を取るようになる。
<実験2:車椅子利用者5bを検知した際に車椅子利用者5bの通路6Bの長手方向に対する方向角度θが小さい場合の実験>
図6は、実験2の状況を示す図である。
図6は、実験2の状況を示す図である。
通路6B内で、車椅子利用者5bがSTARTの開始位置から十字路の交差点6Bcに向けて動き出し、最初、自律移動装置1は待機したままとする。車椅子利用者5bは十字路の交差点6Bcを通過して直進するとする。この十字路の交差点6Bcにおいて、通路6Bの幅が少し狭くなるため、車椅子利用者5bが通路6Bに対して小さい角度θだけ方向を変えることになる。車椅子利用者5bが十字路の交差点6Bcを通過する際に、自律移動装置1によって車椅子利用者5bが検知され、自律移動装置1がL1’の経路(左壁6a寄りの経路)又はL2’の経路(右壁6b寄りの経路)を取るように動く。自律移動装置1がL1’の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、車椅子利用者5bがL1の経路(右壁6b寄りの経路)を取る。一方、自律移動装置1がL2‘の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、車椅子利用者5bがL2の経路(左壁6a寄りの経路)を取る。さらに、STARTの開始位置からFINISHの終了位置までのL1の経路及びL2の経路での車椅子利用者5bの走行時間をそれぞれ計測する。
このような実験2を20回繰り返し、これらの実験2において、自律移動装置1がランダムにL1’又はL2’の経路を取るようにする。
図7は、実験2における車椅子利用者5bのL1の経路及びL2の経路での走行時間を示す。L1の経路とL2の経路を取る際の平均時間がそれぞれ4.761[s](標準偏差0.114[s])、5.713[s](標準偏差0.262[s])であり、L2の経路よりもL1の経路の走行時間の方が短い。即ち、車椅子利用者5bの通路6Bの長手方向に対する方向角度θが小さい場合、車椅子利用者5bには、L2の経路よりもL1の経路の方が避け易い経路となる。
この実験2より、L1の経路の移動距離の方が短く、かつ、L2の経路よりもL1の経路の方が方向転換の角度θが小さいため、車椅子利用者5bには、L2の経路よりL1の経路の方が避け易い経路となることがわかる。よって、このような場合では、自律移動装置1がL1’の経路を取ることで、車椅子利用者5bが避け易い経路L1を取るようになる。
<実験3:車椅子利用者5bが様々な曲率の経路6上に走行する場合の実験>
図8Aは、実験3の状況を示す図である。
図8Aは、実験3の状況を示す図である。
車椅子利用者5bは、STARTの開始位置から動き出し、まず、点Aに直線的に左に向かう。次いで、点Aにおいて、車椅子利用者5bが左向きに方向転換を行い、FINISHの終了位置にある目的地へ向かう。このとき、点AからFINISHの終了位置(目的地)に向けて様々な曲率の経路を生成するために、所定間隔ごとに目的地の位置を図8Aにおいて横方向にずらす。STARTの開始位置から、それぞれの目的地であるFINISHの終了位置までの車椅子利用者5bの走行時間をそれぞれ計測する。
図9は、実験3における車椅子利用者5bのそれぞれの経路での走行時間を示す。
目的地の位置対するそれぞれの経路での走行時間をプロットし、図8Bに示す。点Aから右端の−1.0mの目的地へ向かう経路が、最も方向転換の角度が大きい経路である。図8Aにおいて目的地を右端の−0.1mの目的地から1.5mの目的地まで左にずらすと、方向転換の角度が小さくなり、走行時間が小さくなる。しかし、1.5mの目的地を過ぎたのち、さらに、目的地を段々左にずらすと、移動距離が大きくなるため、走行時間が再び上がる。1.5mの目的地において、走行時間が最小となる。即ち、この実験3より、人5の最も避け易い経路を計画する際に、車椅子利用者5bの移動属性に基づく、方向転換のし易さと移動距離とを考慮する必要があることがわかる。
目的地の位置対するそれぞれの経路での走行時間をプロットし、図8Bに示す。点Aから右端の−1.0mの目的地へ向かう経路が、最も方向転換の角度が大きい経路である。図8Aにおいて目的地を右端の−0.1mの目的地から1.5mの目的地まで左にずらすと、方向転換の角度が小さくなり、走行時間が小さくなる。しかし、1.5mの目的地を過ぎたのち、さらに、目的地を段々左にずらすと、移動距離が大きくなるため、走行時間が再び上がる。1.5mの目的地において、走行時間が最小となる。即ち、この実験3より、人5の最も避け易い経路を計画する際に、車椅子利用者5bの移動属性に基づく、方向転換のし易さと移動距離とを考慮する必要があることがわかる。
<実験4:松葉杖利用者5cを検知した際に松葉杖利用者5cの通路6Cの長手方向に対する方向角度θが大きい場合の実験>
図10は、実験4の状況を示す図である。
図10は、実験4の状況を示す図である。
通路6C内で、松葉杖5caを利用している松葉杖利用者5cがSTARTの開始位置からT字路の交差点6Ccに向けて動き出し、最初、自律移動装置1は待機したままとする。松葉杖利用者5cはT字路の交差点6Ccで左折する。松葉杖利用者5cがT字路の交差点6Ccから現れた際に、自律移動装置1によって松葉杖利用者5cが検知され、自律移動装置1がL1’の経路(左壁6a寄りの経路)又はL2’の経路(右壁6b寄りの経路)を取るように動く。自律移動装置1がL1’の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、松葉杖利用者5cがL1の経路(右壁6b寄りの経路)を取る。一方、自律移動装置1がL2‘の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、松葉杖利用者5cがL2の経路(左壁6a寄りの経路)を取る。さらに、STARTの開始位置からFINISHの終了位置までのL1の経路及びL2の経路での松葉杖利用者5cの走行時間をそれぞれ計測する。
このような実験4を20回繰り返し、これらの実験4において、自律移動装置1がランダムにL1’又はL2’の経路を取るようにする。
図11は、実験4における松葉杖利用者5cのL1の経路及びL2の経路での走行時間を示す。L1の経路とL2の経路を取る際の平均時間がそれぞれ5.027[s](標準偏差0.376[s])、4.484[s](標準偏差0.204[s])であり、L1の経路よりもL2の経路の走行時間の方が短い。即ち、松葉杖利用者5cの通路6Cの長手方向に対する方向角度θが大きい場合、松葉杖利用者5cには、L1の経路よりもL2の経路の方が避け易い経路となる。
この実験4より、L1の経路の移動距離の方が短いにも関わらず、L2の経路の方が方向転換の角度θが小さいため、松葉杖利用者5cには、L2の経路の方が避け易い経路となることがわかる。よって、このような場合では、自律移動装置1がL2‘の経路を取ることで、松葉杖利用者5cが避け易い経路を取るようになる。
<実験5:松葉杖利用者5cを検知した際に松葉杖利用者5cの通路6Dの長手方向に対する方向角度θが小さい場合の実験>
図12は、実験5の状況を示す図である。
図12は、実験5の状況を示す図である。
通路6D内で、松葉杖利用者5cがSTARTの開始位置から十字路の交差点6Dcに向けて動き出し、最初、自律移動装置1は待機したままとする。松葉杖利用者5cは十字路の交差点6Dcを通過して直進するとする。この十字路の交差点6Dcにおいて、通路6Dの幅が少し狭くなるため、松葉杖利用者5cが通路6Dに対して小さい角度θだけ方向を変えることになる。松葉杖利用者5cが十字路の交差点6Dcを通過する際に、自律移動装置1によって松葉杖利用者5cが検知され、自律移動装置1がL1’の経路(左壁6a寄りの経路)又はL2’の経路(右壁6b寄りの経路)を取るように動く。自律移動装置1がL1’の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、松葉杖利用者5cがL1の経路(右壁6b寄りの経路)を取る。一方、自律移動装置1がL2‘の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、松葉杖利用者5cがL2の経路(左壁6a寄りの経路)を取る。さらに、STARTの開始位置からFINISHの終了位置までのL1の経路及びL2の経路での松葉杖利用者5cの走行時間をそれぞれ計測する。
このような実験5を20回繰り返し、これらの実験5において、自律移動装置1がランダムにL1’又はL2’の経路を取るようにする。
図13は、実験5における松葉杖利用者5cのL1の経路及びL2の経路での走行時間を示す。L1の経路とL2の経路を取る際の平均時間がそれぞれ4.354[s](標準偏差0.178[s])、4.815[s](標準偏差0.184[s])であり、L2の経路よりもL1の経路の走行時間の方が短い。即ち、松葉杖利用者5cの通路6Dの長手方向に対する方向角度が小さい場合、松葉杖利用者5cには、L2の経路よりもL1の経路の方が避け易い経路となる。
この実験5より、L1の経路の移動距離の方が短く、かつ、L2の経路よりも方向転換の角度θが小さいため、松葉杖利用者5cには、L2の経路よりL1の経路の方が避け易い経路となることがわかる。よって、このような場合では、自律移動装置1がL1’の経路を取ることで、松葉杖利用者5cが避け易い経路を取るようになる。
<実験6:松葉杖利用者5cが様々な曲率の経路上に走行する場合の実験>
図14Aは、実験6の状況を示す図である。
図14Aは、実験6の状況を示す図である。
松葉杖利用者5cは、STARTの開始位置から動き出し、まず、点Aに直線的に左に向かう。次いで、点Aにおいて、松葉杖利用者5cが左向きに方向転換を行い、FINISHの終了位置にある目的地へ向かう。このとき、点AからFINISHの終了位置(目的地)に向けて様々な曲率の経路を生成するために、所定間隔ごとに目的地の位置を図14Aにおいて横方向にずらす。STARTの開始位置から、それぞれの目的地であるFINISHの終了位置までの松葉杖利用者5cの走行時間をそれぞれ計測する。
図15は実験6における松葉杖利用者5cのそれぞれの経路での走行時間を示す。
目的地の位置対するそれぞれの経路での走行時間をプロットし、図14Bに示す。点Aから右端の−1.5mの目的地へ向かう経路が、最も方向転換の角度が大きい経路である。
図14Aにおいて目的地を右端の−1.5mの目的地から1.0mの目的地まで左にずらすと、方向転換の角度が小さくなり、走行時間が小さくなる。しかし、1.0mの目的地を過ぎたのち、さらに、目的地を段々左にずらすと、移動距離が大きくなるため、走行時間が再び上がる。1.0mの目的地において、走行時間が最小となる。即ち、この実験5より、人5の最も避け易い経路を計画する際に、松葉杖利用者5cの移動属性に基づく、方向転換のし易さと移動距離とを考慮する必要があることがわかる。
目的地の位置対するそれぞれの経路での走行時間をプロットし、図14Bに示す。点Aから右端の−1.5mの目的地へ向かう経路が、最も方向転換の角度が大きい経路である。
図14Aにおいて目的地を右端の−1.5mの目的地から1.0mの目的地まで左にずらすと、方向転換の角度が小さくなり、走行時間が小さくなる。しかし、1.0mの目的地を過ぎたのち、さらに、目的地を段々左にずらすと、移動距離が大きくなるため、走行時間が再び上がる。1.0mの目的地において、走行時間が最小となる。即ち、この実験5より、人5の最も避け易い経路を計画する際に、松葉杖利用者5cの移動属性に基づく、方向転換のし易さと移動距離とを考慮する必要があることがわかる。
<実験7:健常者5aを検知した際に健常者5aの通路6Eの長手方向に対する方向角度が大きい場合の実験>
図16は、実験7の状況を示す図である。
図16は、実験7の状況を示す図である。
通路6E内で、健常者5aがSTARTの開始位置からT字路の交差点6Ecに向けて動き出し、最初、自律移動装置1は待機したままとする。健常者5aはT字路の交差点6Ecで左折する。健常者5aがT字路の交差点6Ecから現れた際に、自律移動装置1によって健常者5aが検知され、自律移動装置1がL1’の経路(左壁6a寄りの経路)又はL2’の経路(右壁6b寄りの経路)を取るように動く。自律移動装置1がL1’の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、健常者5aがL1の経路(右壁6b寄りの経路)を取る。一方、自律移動装置1がL2‘の経路を取ったら、互いにすれ違えるように、健常者5aがL2の経路(左壁6a寄りの経路)を取る。さらに、STARTの開始位置からFINISHの終了位置までのL1の経路及びL2の経路での健常者5aの走行時間をそれぞれ計測する。
このような実験7を20回繰り返し、これらの実験7において、自律移動装置1がランダムにL1’又はL2’の経路を取るようにする。
図17は、実験7における健常者5aのL1の経路及びL2の経路での走行時間を示す。L1の経路とL2の経路を取る際の平均時間がそれぞれ3.250[s](標準偏差0.140[s])、3.692[s](標準偏差0.130[s])であり、L1の経路の走行時間の方が短い。即ち、健常者5aの通路6Eの長手方向に対する方向角度が大きい場合でも、健常者5aには、L1の経路よりもL2の経路の方が避け易い経路となる。
健常者5aの場合、方向転換のやり難さがない。そのため、この実験7より、L1の経路の方向転換の角度θがL2の経路より大きくても、L2の経路よりもL1の経路の移動距離の方が短いため、健常者5aには、L2の経路よりもL1の経路の方が避け易い経路となることがわかる。よって、このような場合では、自律移動装置1がL1’の経路を取ることで、健常者5aが避け易い経路を取るようになる。
<実験1>〜<実験7>の結果を踏まえて想到した本発明を実施形態と共に、以下に説明する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
図1A及び図1Bは、本発明の第1実施形態における自律移動装置1の外観を示す。自律移動装置1は、左車輪2aと右車輪2bとがそれぞれ独立して正逆回転可能に下部に配置された自律移動装置本体(移動体)1aと、本体1aの上面の前部に固定された環境観測手段(環境観測部)の一例としてのLRF(Laser Range Finder)センサー3と、本体1aの上面の前部に固定された人移動属性読取手段(人移動属性読取部)の一例としてのRFID(Radio Frequency IDentification)タグリーダー4と、本体1a内に配置された制御部90とを備えて、移動経路を自律的に決定して移動するものである。
図1A及び図1Bは、本発明の第1実施形態における自律移動装置1の外観を示す。自律移動装置1は、左車輪2aと右車輪2bとがそれぞれ独立して正逆回転可能に下部に配置された自律移動装置本体(移動体)1aと、本体1aの上面の前部に固定された環境観測手段(環境観測部)の一例としてのLRF(Laser Range Finder)センサー3と、本体1aの上面の前部に固定された人移動属性読取手段(人移動属性読取部)の一例としてのRFID(Radio Frequency IDentification)タグリーダー4と、本体1a内に配置された制御部90とを備えて、移動経路を自律的に決定して移動するものである。
左車輪2aと右車輪2bとは、それぞれ左右のモータ2aM,2bMに連結されて、独立して正逆回転駆動されて、自律移動装置1を前後に走行させる。左車輪2aと右車輪2bとの回転速度を変化させることにより、自律移動装置1を、前後方向に対する左右方向に曲がることも可能である。LRFセンサー3とRFIDタグリーダー4との詳細は後述する。
図18Aは、本実施形態における自律移動装置1のブロック図を示す。
自律移動装置1は、制御部90として、人情報取得手段(人情報取得部、人検知手段、又は、人検知部)101と、自律移動装置情報取得手段(自律移動装置情報取得部)109と、人移動属性取得手段(人移動属性取得部)108と、衝突判断手段(衝突判断部)102と、人経路候補作成手段(人経路候補作成部)103と、人経路負荷評価手段(人経路負荷評価部)104と、人経路決定手段(人経路決定部)105と、誘導経路計画手段(誘導経路計画部)106と、移動体移動制御手段(移動体移動制御部、移動制御手段、移動制御部)107とを備える。自律移動装置1は、これ以外に、環境マップデータベース51を備えているが、環境マップデータベース51に格納されている情報を、環境情報取得手段(環境情報取得部)51Gで、入出力インターフェース及び通信回線を介して自律移動装置1の外部のデータベースから取得するようにしてもよい。
環境マップデータベース51には、自律移動装置1が走行する環境の環境マップ51Aが記憶されている。この環境マップ51Aには、自律移動装置1が走行する通路と、自律移動装置1が走行する環境内に存在する障害物とが記憶されている。すなわち、環境マップデータベース51は、自律移動装置1と人5とが共存しかつ自律移動装置1が移動する場所の環境マップ51Aを予め格納し、環境情報取得手段51Gに環境マップ51Aのデータを提供する。環境マップ51A内の障害物としては、移動障害物(例えば人5)と固定障害物(例えば壁51w)の2種類に分類できるが、固定障害物でありかつ通路6を形成する壁51wの座標が環境マップ51Aに含まれている。
自律移動装置情報取得手段109は、下記する人検知手段101からの自律移動装置1の自己位置推定情報と、環境マップデータベース51に記憶された環境マップ51Aと、左車輪2aと右車輪2bとの左右のモータ2aM,2bMのエンコーダ2aE,2bEからの情報とを基に、自律移動装置1が走行している環境における自律移動装置1の位置及び自律移動装置1の速度を取得する。
自律移動装置情報取得手段109において、自律移動装置1の速度を取得するために、自律移動装置1が持っているオドメトリ情報を用いる。すなわち、自律移動装置情報取得手段109において、左車輪2aと右車輪2bとの左右のモータ2aM,2bMのエンコーダ2aE,2bEからの情報を基に、左車輪2aと右車輪2bとの回転角と回転角速度とを積算することで、移動距離と方向を求める。
環境観測手段は、タイマ101Tからの情報を基に、自律移動装置1の周辺の環境情報を所定時間毎に観測して、環境情報データベース101Dに記録する(後述する図19AのステップS202参照)。第1実施形態では、環境観測手段の一例としての、1つのLRFセンサー3で観測した環境情報を取得する。環境情報とは、自律移動装置1の周辺における、人5の情報を含む。尚、環境観測手段としては、1つのセンサーだけでもよく、また、計測精度を向上させるために、センサーフュージョンとして2つ以上のセンサーを用いても良い。環境観測手段の例としては、LRFセンサー3に限定されるものではなく、ミリ波センサー、超音波センサー、又は、ステレオカメラ、などのセンサーを使用することもできる。
人検知手段101においては、自律移動装置1が走行している環境における自律移動装置1の位置を取得するために、第1実施形態では、図1A及び図1BのLRFセンサー3からの情報を用いる。LRFセンサー3の情報を環境マップDB51内の環境マップ51Aの情報と人検知手段101で照合して、環境マップにおける絶対座標系54における自律位相装置1の位置を人検知手段101で求める。詳細を下記で説明する。図20Aで示すように、自律移動装置1が走行している際に、LRFセンサー3は、自律移動装置1が走行している際に、所定の時間間隔毎に自律移動装置1の周辺に複数のレーザ線11を照射し、周囲の障害物との距離を計測する。第1実施形態では、LRFセンサー3が一例として270度の計測可能な範囲を持っており、一例として0.25度の間隔でレーザ線11を照射するとする。各角度におけるレーザ線11は、それぞれその角度にある障害物への距離を計測する。すなわち、図20A及び図20Bの参照符号80はレーザ線11が既知障害物(この例では、壁51w)に当たったスポットを示し、参照符号81はレーザ線11が環境マップ51Aには無い未知障害物(この例では人5)に当たったスポットを示す。レーザ線11の照射口からこれらのスポットまでの距離を周囲の障害物との距離としてLRFセンサー3で計測する。この計測結果が環境情報である。図20BはLRFセンサー3が取得したデータを示す。
人検知手段101は、LRFセンサー3が取得したデータから、自律移動装置1の現在地の周辺における、環境の形状を取得できる。LRFセンサー3で取得した環境の形状を、自律移動装置1が動作する環境の形状として、環境マップデータベース51に予め記録した環境マップ51Aと人検知手段101で照合する。
図21Aは、環境マップの情報51Aの一例を示す。環境マップにおける情報51Aを環境マップデータベース51に格納するために、通路51Bの壁51w、具体的には、壁51a,51b,51c,51d,51e,51gなどのコーナー51fのような目印となる所の位置座標を求める。例えば、図21Aでは、コーナー51fを点P1、P2、P3、P4で示す。壁51a,51b,51c,51d,51e,51gなどを2つの点例えば点P2と点P3などで結ぶ線で表す。例えば、図21Aでは、点P2と点P3を結ぶ線で壁51gを示す。環境マップ51Aにおけるデータベース51の例を図21Bで示す。図21Bには、点P1、P2、P3、P4のxy座標と、点P2と点P3とを結ぶ線の情報が記録されている。
LRFセンサー3が取得した環境の形状に対して、環境マップ51Aを平行移動及び回転を人検知手段101で繰り返して行い、環境マップ51A上で最もマッチングしているとなる所を人検知手段101で探す。最もマッチングしているとなる所は、自律移動装置1の走行環境における位置となる。
さらに、人検知手段101は、LRFセンサー3からの情報を基に、自律移動装置1の周辺から人5を検知し、人5の位置、速度、及び進行方向を取得する。第1実施形態では、人検知手段101に入力される情報源として、環境観測手段の一例として図1AのLRFセンサー3を用いる。尚、人検知手段101に対する情報源としての環境観測手段としては、1つのセンサーだけでもよく、また、計測精度を向上させるためにセンサーフュージョンとして2つ以上のセンサーを用いても良い。尚、この環境観測手段は、他に、ミリ波センサー、超音波センサー、又は、ステレオカメラ、などのセンサーを用いることも可能である。
図1AのLRFセンサー3を用いた人検知手段101による人5の検知方法を説明する。
LRFセンサー3で取得した情報を基に、自律移動装置1が走行している環境における自律移動装置1の位置を人検知手段101で前記したように推定する。この推定情報は、人検知手段101から自律移動装置情報取得手段109に出力される。人検知手段101で自律移動装置1の位置を推定した後でも、複数のレーザ線11から、一部が環境マップ51Aの障害物(壁51wなど)と合わない距離データが発生する。図20Bで示すように、人5に当たったレーザ線11があり、環境マップ51Aには無い未知障害物の点群81として現れる。自律移動装置1の走行に伴って、その未知障害物の点群81が、絶対座標系54において常に同じ位置にある否かを人検知手段101で判断する。
未知障害物の点群81が常に同じ位置にある場合には固定障害物であると人検知手段101で判断し、そうでなければ未知障害物の点群81が移動障害物であると人検知手段101で判断する。移動障害物と判断したのち、その移動障害物が人5か否かを人検知手段101で判断するには、移動障害物の幅を考慮する。LRFセンサー3の距離データから、移動障害物の幅を人検知手段101で推定する。正面から見た車椅子利用者5bの幅が約80cmであり、側面から見た健常者5aの幅が約30cmであるとすると、検知された移動障害物において、30〜80cmの幅を持ったものを人5であると人検知手段101で推定する。すなわち、人検知手段101には、内部記憶部に、正面から見た車椅子利用者5bの幅、側面から見た健常者5aの幅の情報などが予め記憶されている。
人5が人検知手段101で検知されたら、人5の位置、速度、進行方向を人5の情報として人検知手段101で取得できる。自律移動装置1の自己位置及びLRFセンサー3で計測された人5との距離から、人5の位置が人検知手段101で推定される。人5の位置を時間微分したものを人5の速度として人検知手段101で求める。人5の速度におけるベクトルを人5の進行方向として人検知手段101で取得する。
人移動属性取得手段108は、人検知手段101からの人5の位置などの情報とタグリーダー4からの情報とを基に、人5の移動能力(人5の移動時における動き易さ)に基づく属性を判断する。移動能力に基づく属性(人移動属性)は、人5の移動方向(進行方向)ごとの動き易さの違いによる属性(人5の方向転換に関する情報)である。例えば、全方向にすぐに移動可能な健常者5a、方向転換がやり難く時間がかかる車椅子利用者5b、及び、松葉杖利用者5cなどがある。他に、人5の移動属性としては、例えば、点滴器具を伴って歩行する人、歩行補助器具利用者、手押し型のカートを動かしながら歩く作業者、などがある。図22は、人5の移動能力に基づく属性の例を示す。
第1実施形態では、人移動属性取得手段108の人移動属性読取手段一例としてRFIDタグリーダー4を用いる。例えば、車椅子専用のIDをRFIDタグの内部記憶部に予め登録し、そのRFIDタグを車椅子に貼っておく。自律移動装置1が車椅子利用者5bとすれ違う場合、RFIDタグリーダー4がそのRFIDタグ内の車椅子専用のIDを読み取り、車椅子利用者5bとしての人移動属性を人移動属性取得手段108で取得することができる。他の属性に関しても、同様な方法で取得する。
尚、人移動属性取得手段108は、他に、ステレオカメラを用いることも可能である。特許文献2は、ステレオカメラを用いた車椅子利用者検出方法を示す。図23で示すように、ステレオカメラで得られた人の3次元情報を幾つかの断層に分割し、図示しない画像処理部で画像処理を行って、3次元形状が車椅子利用者らしいか否かを判断して、人移動属性を取得可能とする。
人移動属性取得手段108で取得した人移動属性の情報を基に、人移動属性取得手段108は、評価パラメータデータベース53を参照して、移動距離による負荷における重みと人の方向転換し易さによる負荷における重みとをそれぞれ決定して、人経路負荷評価手段104に出力する。
衝突判断手段102は、自律移動装置情報取得手段109と人検知手段101とからの情報を基に、人検知手段101によって検知された人5と自律移動装置1とが衝突する可能性の有無を判断し、人5と自律移動装置1とが、すぐに(所定時間以内に)衝突するか否かを判断する。
検知された人5と自律移動装置1とが衝突する可能性の有無を衝突判断手段102で判断するために、まず、対象となる人5を下記式(1)で衝突判断手段102により決定する。
xr(0)とxp(0)とは、それぞれ人5を検知した際の自律移動装置1の位置と人5の位置である。人5を検知した際の自律移動装置1と人5との相対距離d(0)が所定距離d1th以下となる人5を対象とする。第1実施形態において、所定距離d1thを10mとする。
次に、人5を検知した際の自律移動装置1の位置xr(0)と速度vrと人5の位置xp(0)と速度vpとに基づいて、自律移動装置1と人5との相対距離の時間関数を下記式(2)で衝突判断手段102により算出する。人5を検知した際の自律移動装置1と人5との位置関係を図24で示す。
この関数では、自律移動装置1と人5とが、人5を検知した際の速度をそれぞれ維持したままで進行すると仮定する。ここで、d(t)は、時刻tにおける自律移動装置1と人5との相対距離である。xr(t)とxp(t)は、それぞれ時刻tにおける自律移動装置1の位置と人5の位置である。
下記式(3)で示すように、衝突判断手段102において、相対距離の時間関数d(t)を微分し、微分値が0となる時刻tを求める。その時刻をTminとする。
時刻Tminにおける相対距離dminを下記式(4)で衝突判断手段102により求め、自律移動装置1と人6が最も接近する距離を表す。
下記式(5)で示すように、最接近距離dminが所定距離d2th以下ならば、自律移動装置1と人5が衝突する可能性が有りと衝突判断手段102により判断する。逆に、最接近距離dminが所定距離d2thより大きいならば、自律移動装置1と人5が衝突する可能性が無いと衝突判断手段102により判断する。
d2thを、自律移動装置1の半径と人5の半径とを足し合わせたものに、更に、安全にすれ違うための距離を付け加えた距離とする。第1実施形態において、人5が歩く一歩の距離の半分である20cmを、安全にすれ違うための距離とする。第1実施形態において、一例として、自律移動装置1の半径が30cmであり、移動属性の中で半径が最も大きい車椅子利用者5bの半径が40cmのため、距離d2thを90cmとする。
衝突する可能性が有りと衝突判断手段102により判断されたら、衝突判断手段102において、その際の時刻Tminを衝突予測時間とする。下記式(6)で示すように、衝突予測時間Tminが所定時間Tth以下ならば、すぐに衝突すると衝突判断手段102により判断する。衝突予測時間Tminが所定時間Tthより大きいならば、すぐに衝突しないと衝突判断手段102により判断する。
第1実施形態の一例としては、所定時間Tthを1sとする。
尚、閾値である、所定距離d1th、所定距離d2th、所定時間Tthが閾値データベース52にそれぞれ格納されており、必要に応じて、衝突判断手段102により参照される。これらの閾値は事前実験により決定される。
自律移動装置1と人5とがすぐに衝突すると衝突判断手段102により判断されたら、移動体移動制御手段107により、自律移動装置1がすぐに回避動作を行い、人5がいない所に自律移動装置1が動くように動作する。例えば、図25で示すように、自律移動装置1の座標系から見て、人5が自律移動装置1の右側にいるとすれば、移動体移動制御手段107により、自律移動装置1が左側へ寄せるように移動する。
人経路候補作成手段103は、自律移動装置情報取得手段109からの情報と衝突判断手段102からの情報(少なくとも、人検知手段101からの情報)とを基に、人5と自律移動装置1とが衝突する可能性が有り、かつ、すぐ衝突しない場合、人5に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する。具体的には、人経路候補作成手段103は、前記自律移動装置1と前記人5が衝突するまでの予測時間Tmin及び人5の速度に基づいて、候補経路の目的地を決定する。
図26で示すように、人経路候補作成手段103においては、人5の移動属性を問わずに、人5の現在の進行方向に対して角度αとなる領域は、人5が避ける領域と予め定義する。第1実施形態において、一例として、角度αを90度とする。人経路候補作成手段103においては、人5が避ける領域を更に分割し、人5に移動してもらう経路の候補を羅列する。第1実施形態において、一例として、2.5度刻みで人5が避ける領域を分割する。図26で示した矢印は、人5が避ける方向(人に移動してもらう経路の候補の方向)12を表す。
次に、人経路候補作成手段103において、それぞれの方向12において、人5に移動してもらう経路の候補における目的地13を設定する。人経路候補作成手段103において、自律移動装置1の座標系から見て、自律移動装置1と人5とがそれぞれ速度を維持して進行すると仮定する際の、衝突するy座標に目的地13を設定する。図27では、目的地となるy座標を線(人に移動してもらう経路の候補における目的地を決定するための線)14で示す。線14の位置は、現在の人5の位置から垂直方向に距離Lとなる所である。距離Lを、下記式(7)で人経路候補作成手段103により決定する。
ここで、vpyは人5の速度のy成分、bは側面から見た人5の幅である。一例として、第1実施形態において、平面的な模式図で表す健常者5aの直径が60cmと仮定し、平面的な模式図で表す側面から見た健常者5aの幅bは60cmとする。平面的な模式図で表す車椅子利用者5bの直径が80cmと仮定し、平面的な模式図で表す側面から見た車椅子利用者5bの幅bは80cmとする。時刻Tminは前記式(3)で求めた値である。尚、幅bは閾値データベース52に格納されている。
距離Lとなる線14と人5が避ける方向12との交点を、候補経路の目的地13とする。
尚、候補経路の目的地13を人経路候補作成手段103により生成する際に、角度αとなる領域は人5が避ける領域を等角度で分割せずに、距離Lとなる線14を等間隔で分割して候補経路の目的地13を人経路候補作成手段103により生成しても良い。
次に、候補経路の目的地13の中から、人5が移動不可能な目的地があるため、有効な(人5が移動可能な)候補経路のみを人経路候補作成手段103により抽出する必要がある。環境などの制約条件に基づいて、有効な候補経路のみを人経路候補作成手段103により抽出する。
図28Aはその抽出方法を示す。人5が、通路6の外にある候補経路の目的地へ移動不可能なため、環境の制約条件により、人5が移動不可能な候補経路15を人経路候補作成手段103により省く。通路6の幅と自律移動装置1の幅と人5の幅との関係によって、人5が通路6の中心にある候補経路の目的地に移動すると、自律移動装置1がすれ違えるスペースが確保されていない場合、すれ違い条件により、人5が移動不可能な候補経路16を人経路候補作成手段103により省く。残った候補経路は、人経路候補作成手段103において、有効な候補経路とする。図28Bは、このようにして残った有効な候補経路の6個の目的地17を示す。このようにして人経路候補作成手段103において抽出された有効な候補経路と目的地との情報を、人経路候補作成手段103から人経路負荷評価手段104に出力する。
人経路負荷評価手段104は、人経路候補作成手段103からの情報と、人移動属性取得手段108によって判断された人5の移動属性とその重みとに基づいて、人経路候補作成手段103によって作成されたぞれぞれの候補経路に対して、人5の移動し易さを表す移動負荷を評価する。移動負荷を、移動距離による負荷(移動距離の負荷)と、人の方向転換し易さによる負荷(人の方向転換の負荷)とを、人経路負荷評価手段104では総合的に評価する。人経路負荷評価手段104における、具体的な評価式を下記式(8)で定義する。
ここで、Eは移動負荷である。第1項目と第2項目は、それぞれ移動距離による負荷と人の方向転換のし易さによる負荷である。wforwardとwdirectionは、それぞれ移動距離による負荷における重みと人の方向転換し易さによる負荷における重みである。LABは候補経路の長さであり、θrは方向転換の角度である。方向転換の角度を、人5の現在位置18における方向と有効な目的地17への方向との角度の差で、人経路負荷評価手段104により、求める(図29Aと図29Bを参照)。
移動距離による負荷における重みwforwardと人5の方向転換し易さによる負荷における重みwdirectionとを、人移動属性取得手段108によって判断された人5の移動属性の情報に基づいて、人経路負荷評価手段104で決定する。人経路負荷評価手段104においては、車椅子利用者5bの場合、方向転換がやり難く、時間がかかるため、重みwdirectionを大きくする。一方、人経路負荷評価手段104においては、健常者5aの場合、方向転換によるやり難さがないため、重みwdirectionを小さくする。即ち、人経路負荷評価手段104においては、健常者5aの場合、移動距離による負荷のみを考えれば良い。図30は移動属性ごとの重みwforwardと重みwdirectionとの例を示す。尚、重みwforwardと重みwdirectionとが、評価パラメータデータベース53に予め格納されている。
図31Aと図32Aとは、車椅子利用者5bにおける移動負荷の評価の例を示す。ここでは、距離Lとなる線14を5cmの間隔で分割して、複数の候補経路の目的地13を生成するとする。点Aは車椅子利用者5bの現在位置であり、点B1〜B6は有効な候補経路の目的地17である。人移動属性取得手段108は、評価する際に、評価パラメータデータベース53に格納されている、図30で示された車椅子利用者5bの重みwforwardと重みwdirectionとを用いる。
図31Aは、車椅子利用者5bの通路6Aの長手方向に対する方向角度θが大きい場合である。ここで、通路6Aの長手方向に対する方向角度θを一例として68.53度とする。図31Bは、それぞれの候補経路における移動負荷の計算を示す。
図32Aは、車椅子利用者5bの通路6Bの長手方向に対する方向角度が小さい場合である。ここで、通路6Bの長手方向に対する方向角度θを一例として15.20度とする。図32Bは、それぞれの候補経路における移動負荷の計算を示す。
人経路決定手段105は、人経路負荷評価手段104によって求められた移動負荷に基づいて、人5に移動してもらう経路を決定する。人経路決定手段105は、人5の最も避け易い経路として、移動負荷が最小となる候補経路を選択する。人経路決定手段105は、選択された経路を人5に移動してもらう経路21とする。
図31Bは、車椅子利用者5bの通路6Aに対する方向角度θが大きい場合における移動負荷の計算結果を示し、点B1への候補経路における移動負荷が最も小さいことを示す。即ち、通路6Aの左壁6aへ避ける経路は、車椅子利用者5bにとって最も避け易い経路である。これは、図4で示された<実験1>の結果と一致する。
図32Bは、車椅子利用者5bの通路6Bに対する方向角度θが小さい場合における移動負荷の計算結果を示し、点B6への候補経路における移動負荷が最も小さいことを示す。即ち、通路6Bの右壁6bへ避ける経路は、車椅子利用者5bにとって最も避け易い経路である。これは、図6で示された<実験2>の結果と一致する。
人経路決定手段105は、選択された経路を誘導経路計画手段106に出力する。
誘導経路計画手段106は、自律移動装置情報取得手段109と人経路決定手段105とからの情報を基に、人5を、人5に移動してもらう経路21へ誘導するように、自律移動装置1の経路を計画する。すなわち、誘導経路計画手段106は、人経路決定手段105によって決定された、人5に移動してもらう経路21に人5を誘導する経路23を決定する。
図33Aと図33Bとは、それぞれ、誘導経路計画手段106において、人5を誘導する経路23を決定する方法を示す。誘導経路計画手段106において、人5を誘導する経路23を決定するために、まず、人5を誘導する経路における目的地24の位置を決定する。
誘導経路計画手段106において、図33Aの縦方向の位置について、自律移動装置情報取得手段109からの情報に基づく自律移動装置1の現在地(自律移動装置1の中心位置又は重心位置)から、前方の方向に距離hyだけ離れた所に、人5を誘導する経路における目的地24を設定する。距離hyを下記式(9)で誘導経路計画手段106により決定する。
ここで、Lは、図33Aにおいて、人5に移動してもらう経路21の縦方向の距離であり、前記式(7)で求めた値である。
誘導経路計画手段106において、図33Aの横方向の位置について、人5に移動してもらう経路における目的地22から、距離hxだけ離れた移動可能な所に、人5を誘導する経路23における目的地24を設定する。距離hxを下記式(10)で誘導経路計画手段106により決定する。
ここで、RpとRrは、それぞれ、人5の半径と自律移動装置1の半径である。第1実施形態において、一例として、人5の半径Rpは、健常者5aの場合30cmであり、車椅子利用者5bの場合40cmである。自律移動装置1の半径Rrは、一例として、30cmである。sは、人5と自律移動装置1とが安全にすれ違うための距離であり、第1実施形態においては、一例として、人5が歩く一歩の距離の半分である20cmとする。
誘導経路計画手段106においては、自律移動装置1の現在地からスムーズに目的地24に向かうために、経路を曲線で近似し、人5を誘導する経路23を生成する。曲線近似はスプライン曲線を用いる。誘導経路計画手段106は、生成した人5を誘導する経路23の情報を移動体移動制御手段107に出力する。
移動体移動制御手段107は、自律移動装置情報取得手段109と誘導経路計画手段106とからの情報を基に、人5を誘導する経路23上を自律移動装置1が走行するように、自律移動装置1の左車輪2aと右車輪2bとの左右のモータ2aM,2bMを駆動制御する。
図19Aは、第1実施形態の自律移動装置1の動作の処理フローを示す。
まず、LRFセンサー3及び人検知手段101と、左車輪2aと右車輪2bとの左右のモータ2aM,2bMのエンコーダ2aE,2bEとからの情報を基に、自律移動装置1が走行している環境における自律移動装置1の位置と速度との情報を自律移動装置情報取得手段109で取得する(ステップS201)。
次いで、LRFセンサー3及び人検知手段101により、自律移動装置1の周辺の人5を検知する(ステップS202)。
次いで、人5がいるか否かを人検知手段101で判断する(ステップS203)。人5がいないと人検知手段101で判断された場合には、ステップS211に進み、前回、誘導経路計画手段106で計画された人5を誘導する経路上を自律移動装置1が走行するように、移動体移動制御手段107により自律移動装置1を制御する。もし、誘導経路計画手段106で計画された人5を誘導する経路が無い場合には、自律移動装置1を移動開始するときに決められた経路に沿って自律移動装置1が移動するように、移動体移動制御手段107により自律移動装置1を制御する。
人5がいると人検知手段101で判断された場合には、人検知手段101と自律移動装置情報取得手段109との情報に基づき、人検知手段101で検知された人5と自律移動装置1とが衝突する可能性を衝突判断手段102で判断する(ステップS205)。人5と衝突する可能性が無いと衝突判断手段102で判断した場合、ステップS211に進み、前回、誘導経路計画手段106で計画された人5を誘導する経路上を自律移動装置1が走行するように、移動体移動制御手段107により自律移動装置1を制御する。もし、誘導経路計画手段106で計画された人5を誘導する経路が無い場合には、自律移動装置1を移動開始するときに決められた経路に沿って自律移動装置1が移動するように、移動体移動制御手段107により自律移動装置1を制御する。
人5と衝突する可能性が有ると衝突判断手段102で判断した場合、人5に移動してもらう経路の候補を人経路候補作成手段103で作成する(ステップS206)。
次いで、タグリーダー4で検知された人5の移動属性(移動能力に関する属性)を人移動属性取得手段108で判断する(ステップS207)。
次いで、人移動属性取得手段108で判断された人の移動属性に基づいて、人経路候補作成手段103で作成されたぞれぞれの候補経路に対して、人5の移動しやすさを表す移動負荷を人経路負荷評価手段104で評価する(ステップS208)。
次いで、人経路負荷評価手段104で評価されたそれぞれの候補経路における移動負荷に基づいて、人5の最も避け易い経路として、移動負荷が最小となる経路を人経路決定手段105で選択し、人5に移動してもらう経路を人経路決定手段105で決定する(ステップS209)。
次いで、人経路決定手段105で決定された、人5を人に移動してもらう経路へ誘導するように、自律移動装置1の経路を誘導経路計画手段106で計画する(ステップS210)。
次いで、誘導経路計画手段106で計画された人5を誘導する経路上を自律移動装置1が走行するように、移動体移動制御手段107により自律移動装置1を制御する(ステップS211)。
このようにして、自律移動装置1は動作を行う。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、図18Aにおいて、図18Bに示すように、衝突判断手段102を省略するようにしてもよい。先の実施形態では、衝突判断手段102は、人5と自律移動装置1がお互いに等速直線運動で移動すると仮定し、衝突の可能性を判断している。しかしながら、人5の速度変化によって、衝突の可能性が変わりやすくなる。そのため、衝突判断手段102を省略するように構成すれば、衝突可能性の変動に影響されることなく、自律移動装置1が人5を検知したら、直ちに動作するため、より確実に、人5が避け易い経路に人5を誘導することができる。
また、図19Aの自律移動装置1の動作において、図19Bに示すように、ステップS203〜ステップS205の動作を省略するようにしてもよい。先の実施形態では、ステップS203〜ステップ205において、人5と自律移動装置1がお互いに等速直線運動で移動すると仮定し、衝突の可能性を判断している。しかしながら、人5の速度変化によって、衝突の可能性が変わりやすくなる。このため、ステップS203〜ステップ205を省略することで、衝突可能性の変動に影響されることなく、自律移動装置1が人5を検知したら、直ちに動作するため、より確実に、人5が避け易い経路に人5を誘導することができる。
なお、前記実施形態において、制御部90のそれぞれ、又は、そのうちの任意の一部は、それ自体がソフトウェアで構成することができる。よって、例えば、本願明細書のそれぞれの実施形態の制御動作を構成するステップを有するコンピュータプログラムとして、記憶装置(ハードディスク等)などの記録媒体に読み取り可能に記憶させ、そのコンピュータプログラムをコンピュータの一時記憶装置(半導体メモリ等)に読み込んでCPUを用いて実行することにより、前記した各ステップを実行することができる。
なお、本発明を第1実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第1実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
前記自律移動装置の人検知部を除く他の部分の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記RAM又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをCPU等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例における自律移動装置の人検知部を除く他の部分を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置を制御ためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、として機能させるための自律移動装置用プログラムである。
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体(例えば、CD−ROMなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど)に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
前記自律移動装置の人検知部を除く他の部分の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記RAM又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをCPU等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例における自律移動装置の人検知部を除く他の部分を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置を制御ためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、として機能させるための自律移動装置用プログラムである。
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体(例えば、CD−ROMなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど)に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明にかかる自律移動装置、自律移動方法、及び自律移動装置用のプログラムは、人の移動属性基づく避け易い経路へ人を誘導する機能を有し、病院における搬送ロボット、掃除ロボット、などとして有用である。病院以外における案内ロボット、警備ロボット、人が乗る移動ロボット、などにも適用できる。
本発明は、添付図面を参照しながら実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本発明は、添付図面を参照しながら実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
Claims (8)
- 移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置において、
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得部と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部と、
前記人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、
を備える自律移動装置。 - 前記人移動属性取得部は、前記人の方向転換に関する情報を人移動属性として取得する請求項1に記載の自律移動装置。
- 前記自律移動装置情報取得部とからの情報と前記人検知部とからの情報とを基に、前記人検知部によって検知された前記人と前記自律移動装置とが衝突する可能性の有無を判断する衝突判断部をさらに備え、
前記人経路候補作成部は、前記衝突判断部によって前記人と前記自律移動装置とが衝突する可能性が有る場合、前記衝突判断部からの情報を基に、前記人に移動してもらう経路の候補を作成する請求項1又は2に記載の自律移動装置。 - 前記人経路候補作成部は、前記自律移動装置と前記人が衝突するまでの予測時間及び前記人の速度に基づいて、前記候補経路の目的地を決定する請求項3に記載の自律移動装置。
- 前記人経路決定部は、前記自律移動装置が走行する環境マップと、前記人経路負荷評価部によって求められた前記移動負荷とに基づいて、前記人に移動してもらう経路を決定する請求項1又は2に記載の自律移動装置。
- 前記人経路決定部は、避け易い前記人の移動負荷が最小となる候補経路を選択する請求項1又は2に記載の自律移動装置。
- 移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置の自律移動方法において、
前記自律移動装置の位置の情報及び速度の情報を取得し、
前記自律移動装置の周辺の人に関する前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得し、
前記検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性情報を取得し、
前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成し、
前記経路候補の情報と前記属性情報とに基づき、前記人の移動能力に基づく属性情報のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記それぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価し、
前記移動負荷に基づいて、前記経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定し、
前記自律移動装置の位置及び速度に関する情報と前記人に移動してもらう経路情報とに基づいて、前記決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画し、
前記自律移動装置の位置及び速度に関する情報と前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路に関する情報とに基づいて、前記計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する、
自律移動方法。 - 移動経路を自律的に決定し、移動する自律移動装置を制御ためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記自律移動装置の位置及び速度を取得する自律移動装置情報取得手段と、
前記自律移動装置の周辺の人を検知し、前記人の位置、速度、及び、進行方向を取得する人検知部によって検知された前記人の進行方向ごとの動き易さを表す移動能力に基づく属性を取得する人移動属性取得部と、
前記自律移動装置情報取得部で取得された前記自律移動装置の前記位置及び前記速度と前記人検知部で取得した前記人の前記位置、前記速度、及び、前記進行方向とに基づき、前記人に移動してもらう経路の候補を、複数個、作成する人経路候補作成部と、
前記人経路候補作成部からの情報と前記人移動属性取得部からの情報とに基づき、前記人移動属性取得部によって取得された前記人の移動能力に基づく属性のうちの前記人の移動距離の負荷と前記人の方向転換の負荷とに基づく評価式で、前記人経路候補作成部によって作成されたそれぞれの経路の候補に対して、前記人の進行方向ごとの動き易さに応じて移動にかかる時間を表す移動負荷を評価する人経路負荷評価部と、
前記人経路負荷評価部によって求められた移動負荷に基づいて、前記人経路候補作成部によって作成された経路の候補の中から、前記人に移動してもらう経路を決定する人経路決定部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記人経路決定部からの情報とに基づいて、前記人経路決定部によって決定された前記経路へ前記人を誘導するための、前記自律移動装置の経路を計画する誘導経路計画部と、
前記自律移動装置情報取得部からの情報と前記誘導経路計画部からの情報とに基づいて、前記誘導経路計画部によって計画された前記誘導経路上に沿って前記自律移動装置が走行するように、前記自律移動装置を制御する移動制御部と、として機能させるための自律移動装置用プログラム。
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