JP6943068B2 - 経路探索装置、経路探索方法、及び経路探索プログラム - Google Patents

経路探索装置、経路探索方法、及び経路探索プログラム Download PDF

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Description

本発明は、移動体の経路を探索する経路探索装置、経路探索方法及び経路探索プログラムに関する。
近年、各種の自律移動型ロボットの開発が目覚しい。これらのロボットとしては、例えば、災害時の人が立ち入れない場所へ進入して情報を獲得する災害救助ロボットの他、身近な例としては自動掃除ロボットなどがある。これらの自律移動型ロボットにおいては、その移動経路の探索が重要となる。ロボットの移動経路を探索する技術としては、特許文献1や、特許文献2に開示されるものがある。
特許文献1には、ロボット単体で、進入禁止エリアを回避しながら、任意の初期位置から目的位置までの最短経路を移動する技術が開示されている。また、特許文献2には、先行する移動体が無線で後発の移動体に走行軌跡データを送信し、後発の移動体は、受信した走行軌跡データに基づいて自機の移動経路を決定する技術が開示されている。
特開2011−227807号公報 特開2004−184269号公報
ところで、そのような移動体としては、2つの移動体が互いにケーブル等により連結された移動体も考えられる。例えば、一方の移動体から他方の移動体に駆動用の電力を供給している場合などである。このような移動体の場合、上記特許文献1や上記特許文献2に記載の経路探索方法では、適切な経路を探索できない可能性があるという問題がある。2つの移動体を接続するケーブルが進入禁止エリアに進入してしまう可能性があるためである。
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ケーブルなどの紐状の物体で互いに接続された2つの移動体からなる移動体であっても、進入禁止エリアに進入することがない経路を探索できる経路探索装置、経路探索方法、及び経路探査プログラムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る経路探索装置は、第1移動体と、第1移動体と紐状の物体で結線された第2移動体とから成る移動体の移動経路を決定する経路探索装置であって、第1移動体の初期位置と、第1移動体を到達させる目標位置と、進入禁止領域の位置に関する情報を含む所定範囲内の地図情報と、少なくとも第1移動体と第2移動体とを接続する紐状の物体に基づいて定まる第1移動体と第2移動体との間の距離情報を含む移動体情報と、の入力を受け付ける受付部と、第1移動体と、紐状の物体と、第2移動体とのいずれもが進入禁止領域に接触することなく、初期位置から目標位置に至るまでの移動経路を、地図情報と移動体情報とに基づいて、探索する探索部とを備える。
また、本発明の一態様に係る経路探索方法は、第1移動体と、第1移動体と紐状の物体で結線された第2移動体とから成る移動体の移動経路を決定する経路探索装置であって、第1移動体の初期位置と、第1移動体を到達させる目標位置と、進入禁止領域の位置に関する情報を含む所定範囲内の地図情報と、少なくとも第1移動体と第2移動体とを接続する紐状の物体に基づいて定まる第1移動体と第2移動体との間の距離情報を含む移動体情報と、の入力を受け付ける受付ステップと、第1移動体と、紐状の物体と、第2移動体とのいずれもが進入禁止領域に接触することなく、初期位置から目標位置に至るまでの移動経路を、地図情報と移動体情報とに基づいて、探索する探索ステップとを含む。
また、本発明の一態様に係る経路探索プログラムは、第1移動体と、第1移動体と紐状の物体で結線された第2移動体とから成る移動体の移動経路を決定させる経路探索プログラムであって、コンピュータに、第1移動体の初期位置と、第1移動体を到達させる目標位置と、進入禁止領域の位置に関する情報を含む所定範囲内の地図情報と、少なくとも第1移動体と第2移動体とを接続する紐状の物体に基づいて定まる第1移動体と第2移動体との間の距離情報を含む移動体情報と、の入力を受け付ける受付機能と、第1移動体と、紐状の物体と、第2移動体とのいずれもが進入禁止領域に接触することなく、初期位置から目標位置に至るまでの移動経路を、地図情報と移動体情報とに基づいて、探索する探索機能とを実現させる。
また、上記経路探索装置において、探索部は、第1移動体が初期位置から、進入禁止領域を避けて、目標位置に至るための第1経路候補を探索し、第1経路候補を探索した後に、経路候補で示される経路から、第1移動体と第2移動体間の最長となる距離の範囲内を通過し、進入禁止領域を避けて第2移動体が目標位置に到達できる第2経路候補を探索することとしてもよい。
また、上記経路探索装置において、探索部は、第1経路候補で示される各位置における第1移動体と、第2移動体とを結ぶ紐状の物体が進入禁止領域に重複しないように、第2経路候補を探索することとしてもよい。
また、上記経路探索装置において、探索部は、所定範囲内を所定の領域に区切り、第1経路候補で示される経路上であって、所定の領域各々に第1移動体が位置するとし、第2経路候補で示される経路上であって、所定の領域各々に第2移動体が位置するとし、第1移動体の各位置と第2移動体の各位置とを直線で結んだ領域に進入禁止領域が位置するか否かに基づいて、第2経路候補を探索することとしてもよい。
また、上記経路探索装置において、所定の領域は、第1移動体または第2移動体の少なくともいずれか一方が含まれる広さを有することとしてもよい。
また、上記経路探索装置において、所定の領域は、第1移動体又は第2移動体よりも狭い広さを有し、経路探索装置は、第1移動体又は第2移動体の各向きに応じて含まれる所定の領域の範囲を示す範囲情報を記憶する記憶部を備え、索部は、範囲情報に基づいて第1経路候補及び第2経路候補を探索することとしてもよい。
また、上記経路探索装置において、取得部は、移動体情報として、紐状の物体が、第1移動体に対して取り得る角度を示す角度情報を取得し、探索部は、角度情報に基づいて、第2移動体の経路を探索することを特徴とすることとしてもよい。
本発明の一態様に係る経路探索装置は、第1移動体と第2移動体とが紐状の物体で接続されて成る移動体の移動経路であって、第1移動体、第2移動体、紐状の物体のいずれもが進入禁止領域に進入することがない移動経路を探索することができる。
経路探索装置の構成例を示すブロック図である。 移動体が移動するマップの例を示す平面図である。 (a)〜(c)は、移動体の態様例を示す模式図である。 経路探索装置による経路探索の処理を示すフローチャートである。 経路探索装置による移動体の経路探索の詳細処理を示すフローチャートである。 経路探索における第2移動体の移動可能範囲と移動体間の距離を模式的に示す図である。 (a)は、第2移動体の移動例であって、ケーブルが進入禁止領域に進入してしまう例を示すマップの模式図である。(b)は、第2移動体の移動例であって、ケーブルが進入禁止領域に進入しない例を示すマップの模式図である。 (a)、(b)は、第2移動体がどのように進行してもケーブルが進入禁止領域に進入してしまう場合の経路探索例を示すマップの模式図である。 (a)、(b)は、第2移動体が第1移動体との間で所定の距離を保ったまま移動できない場合の経路探索例を示すマップの模式図である。 (a)、(b)は、実施形態2に係る移動体のマップに対する写像の例を示す図である。 実施形態2において、経路探索装置が保持する移動体の各角度に対する移動可能領域を示すマップ情報の模式図である。 ケーブルの接続位置に関する情報の模式図である。 (a)、(b)は、ケーブルの稼働領域を示す模式図である。 経路探索装置の構成例を示すブロック図である。
以下、本発明の一実施態様に係る経路探索装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
<実施形態1>
<構成>
本発明に係る経路探索装置100は、図1に示すように、受付部110と、探索部131として機能する制御部130とを備える。また、経路探索装置100は、記憶部120と、出力部140とを含んでよい。図1は、経路探索装置100の機能構成例を示すブロック図である。
経路探索装置100は、図2及び図3に示すように、第1移動体1aと、第1移動体1aと紐状の物体1bで結線された第2移動体1cとから成る移動体1の移動経路を決定するものである。図2は、移動体1が移動する所定範囲200を模式的に示す平面図である。
受付部110は、第1移動体1aの初期位置(図2の例で言えば、(K、15)で示される座標)と、第1移動体1aを到達させる目標位置(図2の例で言えば、(H、05)で示される座標)との入力を受け付けるとともに、進入禁止領域210の位置に関する情報を含む所定範囲200内の地図情報と、少なくとも第1移動体1aと第2移動体1cとを接続する紐状の物体1bに基づいて定まる第1移動体と第2移動体との間の距離情報を含む移動体情報の入力を受け付けるものである。ここで、地図情報とは、移動体が移動可能な領域を示す情報のことであり、例えば、移動する地形の情報であったり、移動不可能な場所(進入禁止領域)を示す情報であったりしてよい。また、移動体情報は、少なくとも第1移動体と第2移動体との間で取り得る距離に関する情報を含む。また、移動体情報は、移動体の形状や、紐状の物体が接続されている場所や、移動体の移動可能な方向を示す移動特性の情報などを含んでもよい。
探索部131は、第1移動体1aと、紐状の物体1bと、第2移動体1cとのいずれもが進入禁止領域210に接触することなく、初期位置から目標位置に至るまでの第1移動体1a及び第2移動体1cの移動経路を、地図情報と移動体情報とに基づいて、探索するものである。なお、図2において、点線矢印が探索した移動体1aの移動経路の例であり、一点鎖線矢印が探索した移動体1cの移動経路の例である。以下、詳細に説明する。
本実施形態においては、マップは、図2に示すように一例として格子状のグリッド(所定の領域)に分けられ、探索部131は、当該グリッドを移動体が移動する態様における移動経路を探索するものとする。図2に示すように、各グリッドは、1つの移動体が入るだけの広さを有するグリッドとし、探索部131は、グリッドから他のグリッドへと移動する移動経路を探索するものであり、その移動の座標を決定するものである。即ち、図2のマップ200に示すグリッドを移動の一単位とする。
図3(a)〜(c)は、移動体1を模式的に示す図である。図3(a)に示すように、移動体1は、主となって移動する第1移動体1aと、従となって移動する第2移動体1cとから成り、第1移動体1aと、第2移動体1cとは、紐状の物体1bで互いに接続される。ここで、第1移動体1a及び第2移動体1cは、各移動体内に備えられた駆動装置により移動可能な装置であり、例えば、車両(あるいは車両型のロボット)であってもよいし、歩行型のロボットなどであってもよい。各移動体の詳細な構造については説明を省略するが、経路が確定した場合にその経路に沿って自律移動可能な移動体である。なお、ここでは、移動体間を、紐状の物体で接続することとしているが、これは、固形の物体(例えば、プラスチック)で接続されることとしてもよく、この場合に、当該物体は、移動体との間で回動自在に接続するとよい。また、紐状の物体は、帯状の物体を含んでもよい。即ち、紐状の物体として幅広の物体であってもよく、布製などであってもよいし、フレキシブル基板などであってもよい。なお、紐状の物体で接続した方が、移動体としての自由度が高いと言える。
また、紐状の物体1bは、第1移動体1aと第2移動体1cとを接続できていればどのようなものであってもよいが、ここでは、電源ケーブルであるとする。紐状の物体1bは、そのほか、移動体間の通信を実行するための通信線であってもよい。以下、紐状の物体1bをケーブル1bと記載する。
図3(b)は、第1移動体1aと、第2移動体1cとの間の距離が最短となる状態を模式的に示している。このときの第1移動体1aと第2移動体1cとの間の距離をLminとする。また、図3(c)は、第1移動体1aと、第2移動体1cとの間の距離が最長となる状態、即ち、ケーブル1bに緩みがない状態を示している。このときの第1移動体1aと第2移動体1cとの間の距離をLmaxとする。移動探索装置100は、移動体1aと移動体1cとの間の距離がLminからLmaxの間の距離となるように移動経路を探索する。即ち、この場合、第1移動体1aと第2移動体1cとの間の許容距離情報は、LminからLmaxの間を示すことになる。なお、第1移動体1aと第2移動体1cとの間の距離を一定として移動経路を探索する場合には、例えば、Lmaxを、第1移動体1aと第2移動体1cとの間の距離として経路を探索すればよい。
図2に戻って、受付部110は、各種の情報の入力を受け付ける機能を有する。受付部110は、各種の情報の入力を受け付けることができれば、どのような態様によって実現されてもよく、例えば、経路探索装置100に備えられたハードキーあるいはソフトキー等を用いて、経路探索装置100のオペレータにより手入力での入力であってもよいし、通信により、経路探索装置100が接続されているネットワークを介して、各種の情報の入力を受け付けることとしてもよい。受付部110は、受け付けた情報を制御部130に伝達する。
記憶部120は、経路探索装置100が経路を探索する経路探索処理を実行する上で必要とする各種データ、プログラムを記憶する機能を有する。各種データや、プログラムは、予め記憶しておいてもよいし、適宜追加して記憶することとしてもよい。記憶部120は、例えば、HDD(Hard Disc Drive)、SSD(Solid State Drive)、フラッシュメモリなど各種の記録媒体により実現することができる。記憶部120は、経路探索処理のための探索プログラムを記憶している。また、記憶部120は、移動体が移動する所定範囲200を示す地図情報を記憶することができる。当該地図情報は、移動体が進入できない進入禁止領域210の位置を示す情報を含んでもよい。また、記憶部120は、移動体に関する情報(移動体の大きさ、形状、移動特性、ケーブル1bの長さなど)も記憶することができる。
制御部130は、経路探索装置100の各部を制御する機能を有する。制御部130は、例えば、プロセッサにより実現することができる。制御部130は、記憶部120に記憶している探索プログラムを読み出して実行することにより、探索部131としての機能を実現する。探索部131による経路探索処理の手順の詳細については、後述する。また、制御部130は、経路探索処理の結果得られた移動経路に関する情報を出力部140に出力させる。
出力部140は、制御部130からの指示に従って、移動体1の移動経路に関する情報を出力する機能を有する。移動経路に関する情報は、どのような態様であってもよく、例えば、移動経路を地図情報に示した画像情報であってもよいし、移動経路を音声により案内する音声情報であってもよいし、移動体1にその移動経路を移動させる移動プログラムそのものあるいは当該移動プログラムに対して入力される設定値(例えば、マップ上で移動する座標値)であってもよい。したがって、出力部140は、例えば、画像を表示するモニター、音声を出力するスピーカ、移動体1に経路を移動する移動プログラムを通信により出力する通信インターフェース等により実現することができる。
以上が、経路探索装置100の構成の説明である。なお、上述のようなケーブル接続された二つの移動体からなる移動体は、例えば、災害時などにおいて、第1移動体1aに先行偵察をさせ、第2移動体1cに追随させるといった用途に用いることができる。当該構成の移動体によれば、第1移動体1aが何らかの事故に見舞われた場合などにおいても第2移動体の側でリカバーできる可能性がある。例えば、第1移動体1aが何らかの隙間に滑落しそうになっても、第2移動体でその滑落を防止したり、滑落した第1移動体1aを引き上げたりといった運用をすることもできる。また、第2移動体から第1移動体1aにケーブル1bを介して第2移動体1cの駆動電力を供給する構成とした場合、第1移動体1aが故障して動けなくなったとしても、少なくとも第2移動体1cが無事に帰還する可能性を向上させることができる。
<動作>
ここから、経路探索装置100の動作について説明する。図4は、経路探索装置100において、経路探索処理のメインフローチャートであり、図5は、経路探索処理の詳細処理を示すサブフローチャートである。
(ステップS401)
ステップS401において、経路探索装置100の受付部110は、移動体1が移動する所定範囲200の地図情報の入力を受け付ける。当該地図情報は、移動範囲の地形等の情報を含み、移動体1が移動できない領域を示す進入禁止領域210の位置を示す情報を含む。受付部110は、受け付けた地図情報を制御部130に伝達する。制御部130は、受け付けた地図情報を記憶部120に記憶し、ステップS402の処理に移行する。
(ステップS402)
ステップS402において、受付部110は、移動体1に関する情報として、第1移動体1aと、第2移動体1cとの間で許容される距離を示す許容距離情報の入力を受け付ける。許容距離情報は、およそ、ケーブル1bの長さを示す情報であってもよい。受付部110は、受け付けた許容距離情報を制御部130に伝達する。制御部130は、受け付けた許容距離情報を記憶部120に記憶し、ステップS403の処理に移行する。
(ステップS403)
ステップS403において、受付部110は、移動体1に関する情報として、移動体1の形状や移動特性等の入力を受け付ける。受付部110は、受け付けた移動体1に関する情報を制御部130に伝達する。制御部130は、受け付けた移動体1に関する情報を記憶部120に記憶し、ステップS404の処理に移行する。
(ステップS404)
ステップS404において、受付部110は、移動体1の初期位置情報の入力を受け付ける。初期位置情報は、ステップS401において受け付けた地図情報における移動体1aと移動体1cとのそれぞれの初期位置の情報を含む。受付部110は、受け付けた初期位置情報を制御部130に伝達する。制御部130は、受け付けた初期位置情報を記憶部120に記憶し、ステップS405の処理に移行する。
(ステップS405)
ステップS405において、受付部110は、移動体1の目標位置情報の入力を受け付ける。目標位置情報は、ステップS401において受け付けた地図情報における移動体1aとの目標配置位置の情報を含み、移動体1cの目標配置位置の情報も含んでもよい。受付部110は、受け付けた目標位置情報を制御部130に伝達する。制御部130は、受け付けた目標位置情報を記憶部120に記憶し、ステップS406の処理に移行する。
(ステップS406)
ステップS406において、探索部131は、記憶部120に記憶されている探索プログラムを実行し、ステップS401〜S405にかけて記憶部120に記憶した各種データを用いて、経路探索処理を実行する。探索部131は、第1移動体1aと、第2移動体1cと、ケーブル1bとが進入禁止領域210を通過せず(進入しない、接触しない)に、初期位置から目標位置に至る経路の探索を行う。当該処理の更なる詳細については後述する。経路探索処理を行った後に、ステップS407の処理に移行する。
(ステップS407)
ステップS407において、制御部130は、探索部131が探索した経路を出力部140に出力するように指示する。出力部140は、当該指示に従って、探索した経路に関する情報を出力して、処理を終了する。
以上が、経路探索装置100による経路探索の大まかな流れである。次に、図4のフローチャートにおけるステップS406の処理における詳細を説明する。本処理は、第1移動体1aの移動経路を定めつつ、第2移動体1cの移動経路を定めるための処理である。言い換えれば、図5の処理は、仮の第1移動体1aの移動経路を定め、それに併せた第2移動体1cの移動経路を定め、第2移動体1cの移動経路を定めることができなかった場合に、第1移動体1aの移動経路を修正しながら、両移動体の移動経路を決定する処理であるとも言える。
(ステップS501)
ステップS501において、探索部131は、第1移動体1aの移動経路(M〜M)を探索する。ここで、Miは、マップ上において第1移動体1aの移動経路が通過する座標を示す。探索部131は、記憶部120に記憶されているマップ情報と、当該地図において設定されている進入禁止領域210の位置と、第1移動体1aの初期位置並びに目標位置とに基づいて、第1移動体1aの移動経路を探索する。探索部131は、第1移動体1aの移動経路を、例えば、ダイクストラ法、Aスター法など既知のアルゴリズムや、上記特許文献1に示す手法を用いて探索することができる。探索部131は、第1移動体1aの移動経路を探索すると、ステップS502の処理に移行する。
(ステップS502)
ステップS502において、探索部131は、処理対象の変数iを0に設定する。当該変数は、第2移動体1bの位置を定める座標の移動順序を示す変数である。探索部131は、変数iを0に設定すると、ステップS503の処理に移行する。
(ステップS503)
ステップS503において、探索部131は、第1移動体1aのi+1番目の位置(M+1)と、第2移動体1cのi番目の位置(S)と、を連結し、ケーブル1bを表現する。即ち、M+1とSと結ぶ直線上がマップ上においてケーブル1bの存在する位置として特定する。探索部131は、ケーブル1bの位置を特定すると、ステップS504の処理に移行する。
(ステップS504)
ステップS504において、探索部131は、特定したケーブル1bの位置のいずれかが、進入禁止領域210と重複するか否かを判定する。当該判定は、記憶部120に記憶されている進入禁止領域210の座標と、ケーブル1bとの座標とを比較することで行う。探索部131は、ケーブル1bの位置のいずれかが進入禁止領域210と重複すると判定した場合に(YES)、ステップS509の処理に移行し、重複しないと判定した場合に(NO)、ステップS505の処理に移行する。
(ステップS505)
ステップS505において、探索部131は、第1と第2の距離条件を満たすか否かを判定する。第1の距離条件とは、第1移動体1aと第2移動体1cとの間の距離がLmax以下であることであり、第2の距離条件とは、第1移動体1aと第2移動体1cとの間の距離がLmin以上であることである。第1と第2の距離条件を満たすと判定した場合には、探索部131は、ステップS506の処理に移行し、満たさないと判定した場合には、ステップS509の処理に移行する。
(ステップS506)
ステップS506において、探索部131は、iをインクリメントし、ステップS507の処理に移行する。
(ステップS507)
ステップS507において、iがnになっているか否かを判定する。nは、第1移動体1aの移動経路上の全グリッドの個数であり、移動する際に経由した座標の総数を示す。iがnになっている場合には(YES)、処理を終了し、iがnになっていない場合には(NO)、探索部131は、ステップS508の処理に移行する。
(ステップS508)
ステップS508において、探索部131は、Si+1を次のSとし、ステップS503の処理に戻る。
(ステップS509)
ステップS509において、探索部131は、第2移動体1cの移動経路(S〜Si−goal)を探索する。具体的には、探索部131は、Mの許容距離情報と、Mi+1の許容距離情報の重複グリッドのみを使用して経路探索を行う。即ち、探索部131は、第1移動体1aのi番目の位置から、第2移動体1cが存在することが許されるグリッドと、第1移動体1aのi+1番目の位置から、第2移動体1cが存在することが許されるグリッドとの重複位置を使用して経路探索を行う。その後に、探索部131は、ステップS510の処理に移行する。
(ステップS510)
ステップS510において、探索部131は、第2移動体1cが移動可能な経路があったか否かを判定する。移動可能な経路があった場合には(YES)、探索部131は、ステップS511の処理に移行し、なかった場合には(NO)、探索部131は、バリケード設置処理に移行する。バリケード設置処理は、マップ上において移動体及びケーブルが進入不可能な進入禁止領域を探索部131が新たに設ける処理のことをいう。バリケード設置処理の詳細については後述する。
(ステップS511)
ステップS511において、探索部131は、第1移動体1aのi番目の位置(M)と、第2移動体1cのi+1番目の位置(Si−goal)と、を連結し、ケーブル1bを表現する。即ち、MとSi−goalと結ぶ直線上がマップ上においてケーブル1bの存在する位置として特定する。探索部131は、ケーブル1bの位置を特定すると、ステップS512の処理に移行する。
(ステップS512)
ステップS512において、探索部131は、特定したケーブル1bの位置のいずれかが、進入禁止領域210と重複するか否かを判定する。当該判定は、記憶部120に記憶されている進入禁止領域210の座標と、ケーブル1bとの座標とを比較することで行う。探索部131は、ケーブル1bの位置のいずれかが進入禁止領域210と重複すると判定した場合に(YES)、ステップS509の処理に戻り、重複しないと判定した場合に(NO)、ステップS506の処理に移行する。
以上が、経路探索装置100による経路探索処理の説明である。当該処理により、経路探索装置100は、第1移動体1a、第2移動体1c、ケーブル1bのいずれもが進入禁止領域210に接触することなく、第1移動体1aが目標位置に到達できる経路を探索することができる。
<移動の具体例>
ここから、いくつかの具体例を用いて、第2移動体1cの移動先の決定方法について説明する。
図6は、探索部131が、第2移動体1cの移動先のグリッドを特定する方法を説明する図であり、ステップS503の処理の具体例を示す図である。図6においては、ある時点での移動体1aと、移動体1cとの位置関係をマップ200上に示した状態を示している。図6に示すように、第1移動体1aがグリッド(M、10)に存在し、グリッド(M、09)に移動する場合、そこから、許容距離情報で示される距離だけ離れて、第2移動体1cが存在可能なグリッドが決定される。図6においては、第1移動体1aがグリッド(M、10)に存在する場合に、右斜線模様、格子模様、斜格子模様でハッチングしたグリッドが、第2移動体1cが存在可能なグリッド((H、11)、(H、12)、(I、11)、(I、12)、(I、13)、(J、12)、(J、13)、(J、14)、(K、05)、(K、13)、(K、14)、(K、15)、(L、05)、(L、14)、(L、15)、(M、04)、(M、05)、(M、06)、(M、14)、(M、15)、(M、16)、(N、05)、(N、06)、(N、14)、(N、15)、(O、05)、(O、06)、(O、07)、(O、13)、(O、14)、(O、15))であることを示している。また、第1移動体1aがグリッド(M、09)に移動する場合、即ち、第1移動体1a´に示すようにグリッド(M、09)に存在する場合に、第2移動体1cが存在可能なグリッドは、図6においては、格子模様、斜格子模様、縦縞模様でハッチングしたグリッドに存在可能となる。即ち、第2移動体1cは、グリッド((I、11)、(J、05)、(J、11)、(J、12)、(J、13)、(K、04)、(K、05)、(K、12)、(K、13)、(L、04)、(L、05)、(L、13)、(L、14)、(M、03)、(M、04)、(M、05)、(M、13)、(M、14)、(M、15)、(N、04)、(N、05)、(N、13)、(N、14)、(O、04)、(O、05)、(O、06)、(O、12)、(O、13)、(O、14))に存在可能であることを示している。
図6において、格子模様及び斜格子模様でハッチングしたグリッドは、第1移動体1aがグリッド(M、09)及び(M、10)のいずれに位置したとしても存在可能なグリッドを示している。そして、図6に示すように、第2移動体1cがグリッド(J、13)に存在する場合に、実質的に当該グリッドに隣接するグリッドに進行可能であるため、探索部131は、斜格子模様でハッチングしたグリッド(J、12)と(K、13)が第2移動体1cが移動可能なグリッドとして特定することとなる。このようにして、探索部131は、第2移動体1cの移動経路の探索を行う。
次に、これらの移動可能なグリッドのうち、移動先として決定する処理(ステップS504からS507の処理)について具体例を用いて説明する。
図7(a)、(b)は、探索部131が、第2移動体1cの移動先のグリッドとして特定したグリッドの内、移動先として決定しない場合と、決定する場合の具体例を示している。探索部131は、第2移動体1cの移動先の候補として特定したグリッドの内、基本的に、第1移動体1aとの間の距離が短くなるグリッドを優先的に移動先の候補として特定する。
図7(a)は、第2移動体1cの移動先として用いない例を示している。ここでは、探索部131は、図7(a)の斜格子線でハッチングした2つのグリッド((J、12)、(K、13))を、第2移動体1cの移動先の候補として特定したものとする。
図7(a)に示すように、探索部131は、第2移動体1cの移動先の候補として、グリッド(J、12)を選択したとする。すると、探索部131は、第1移動体1aの位置(M=(M、10))と、第2移動体1cの移動先の候補位置(Si−goal=(J、12))とを結ぶ。そして、探索部131は、当該結線をケーブル1bと見做して、ケーブル1bが進入禁止領域210と重複するかを判定する。図7(a)の場合、探索部131は、ケーブル1bは、グリッド((K、11)、(K、12)、(L、10)、(L、11))を通過していると判定する。この場合、グリッド(L、10)は、進入禁止領域210に重複するので、探索部131は、グリッド(L、10)は第2移動体1cの移動先として不適格である(ステップS505のYESを参照)と判定することになる。
探索部131は、第2移動体1cがグリッド(J、12)に移動できないと判定すると、次に、第2移動体1cがグリッド(K、13)に移動可能か否かを判定する。即ち、第1移動体1aの位置(M=(M、10))と、第2移動体1cの移動先の候補位置(Si−goal=(K、13))とを結ぶ。そして、探索部131は、当該結線をケーブル1bと見做して、ケーブル1bが進入禁止領域210と重複するかを判定する。図7(b)の場合、探索部131は、ケーブル1bは、グリッド((K、12)、(L、11)、(L、12)、(M、11)を通過していると判定する。この場合、いずれのグリッドも進入禁止領域210と重複しないので、探索部131は、グリッド(K、13)を第2移動体1cの移動先のグリッドとして決定する。このようにして、探索部131は、第2移動体1cの移動先を一つ一つ順番に決定することで第2移動体1cの移動経路を探索する。
次に、図8を用いて、ステップS509〜S511の処理について説明する。仮に、図8(a)に示すように、第2移動体1cが、移動先のどの候補においても、第1移動体1aと結線して得られる仮想のケーブル1bの位置が、進入禁止領域210と判定した場合、移動経路の選択の状態を一つ手前に戻して、第2移動体1cの現在位置から、もう一度、第2移動体1cを移動させる。図8(a)の例で言えば、第1移動体1aがグリッド(M、10)に存在するとき、第2移動体1cは、グリッド(K、13)に移動したとしても、ケーブル1bは、進入禁止領域210には、重複(接触)しない。しかし、第2移動体1cが、グリッド(K、13)に存在するときには、第1移動体1aは、次の移動先であるグリッド(M、09)に移動したとすると、ケーブル1b´は、進入禁止領域210に重複することになる。このような場合には、探索部131は、今一度、第2移動体1cを移動させて経路を探索する処理を行う。したがって、当該処理は、第2移動体1cを2回以上連続で移動させることと同義である。即ち、探索部131は、第2移動体1cが存在するグリッド(K、13)から、更に次の移動先を探索する。グリッド(L、14)に移動した第2移動体1c´と第1移動体1aとを結ぶケーブル1bは、進入禁止領域210と重複しない。この場合、探索部131は、図8(b)に示すように、第2移動体1cの次の移動先を探索し、グリッド(L、14)を移動先の一つとして仮決めする。そして、第2移動体1c´がグリッド(L、14)に存在するときに、第1移動体1aが次の移動先であるグリッド(M、09)に移動しても、ケーブル1b´は進入禁止領域210と重複しない。したがって、図8の例でいえば、探索部131は、移動体1の移動経路として、第1移動体1aが、グリッド(M、10)に存在するとき、(i)第2移動体1cが、グリッド(J、13)から(K、13)に移動し、(ii)第2移動体1cが、グリッド(K、13)から(L、14)に移動し、(iii)第1移動体1aが、グリッド(M、10)から(M、09)に移動するという移動経路を探索する。
経路探索装置100の探索部131は、第1移動体1aが1つ分移動した後に、第2移動体1cを1つ分移動させる移動先を決定し、また、第1移動体1aを1つ分移動させた後に、第2移動体1cを1つ分移動させる移動先を決定するという繰り返し処理により、第2移動体1cの経路を探索している。この過程において、第1移動体1aが移動した場合であってケーブルが進入禁止領域210と重複したときには、第2移動体1cを再度移動させる(言い換えれば、第1移動体1aが同じ場所に存在する状態で、第2移動体1cを2回以上移動させる)ことによって、第2移動体1cがいずれの移動先にも移動できない場合の補てん処理とすることができる。よって、当該構成により、経路探索装置100が、経路を探索できない可能性を低減することができる。
なお、図5のフローチャートの処理において、第2移動体1cが、第1移動体1aとの間で許容距離情報で示される距離を保ったまま移動できない可能性がある(ステップS510のNO参照)。そのような場合において探索部131が経路探索を行うために実行するバリケード設置処理についてここで説明する。
例えば、図9(a)に示すような狭い通路を通過する上で第1移動体1aの位置において、第2移動体1cは、矢印で示される方向(グリッド(O、08)の図面斜め上方向)に移動したいところ、そこは、第2移動体1cの移動範囲外であるため、移動することができないものとする。
このような場合に、元から設定されている進入禁止領域210とは、別に第1移動体1aが進入できない進入禁止領域をバリケード800として設定して、第1移動体1aの移動経路を改めて探索しなおしたうえで、第2移動体1cの移動経路を探索することとしてもよい。なお、このバリケード800を設定したグリッドは、ケーブル1bや第2移動体1cは通過できるものとする。探索部131は、バリケード800を設置する設置例としては、第1移動体1aと第2移動体1cとが共に移動できない状態に陥ったときに、その時点で第1移動体1aが次に位置する箇所に設置(現在の位置Mである場合には、Mn+1に置く)して、第1移動体1aの移動経路の再算出を行うようにする。このとき、探索部131は、バリケード800を設置した後の経路探索においても経路を探索できなかった場合には、更にバリケード800を追加して設置するようにする。バリケード800は、移動体は通過できない追加の進入禁止領域として扱われるが、バリケード800は、ケーブルの位置が重複することを許すグリッドとして設定される。
即ち、図9(a)に示すように、第1移動体1aは、矢印で示されるように、右から左方向へ移動する予定であったが、この経路を移動する場合、第2移動体1cが途中で移動できなくなる。そこで、図9(b)に示すように、第1移動体1aが通過できない領域として、新たにバリケード800をマップ情報として追加する。これによって、探索部131は、改めて図9(b)に示すように第1移動体1aがバリケード800を迂回する経路を探索する。そして、第1移動体1aが第2移動体1cからみて一歩奥まで移動したことにより、第2移動体1cもグリッド(O、07)に移動することが可能になる。
なお、バリケード800の設定は、第1移動体1a及び第2移動体1cが目的位置に到達できるようになるまで、順に1グリッド分ずつ設定すればよい。即ち、バリケードを設置し、再度経路を探索し、それでも目的地に到達できないようであれば、再度バリケードを設置し、というようにして、目的地に到達できるようになるめでバリケードの設置と経路の探索を繰り返せばよい。また、当該設定は、経路探索装置100のオペレータにより成されるものであってもよいし、経路探索装置100の制御部130が第1移動体1a、第2移動体1cの双方が移動できなくなったと判定した場合に、第1移動体1a、第2移動体1cのいずれもが移動できなくなったことをトリガとして、第1移動体1aの経路上に設けることとしてもよい。
<実施形態2>
上記実施形態1においては、移動体が1つのグリッド内に収まるように調整されている場合の経路探索の例を示したが、移動体が1つのグリッド内に収まるように調整できるとは限らない。本実施形態2においては、移動体が1つのグリッド内に収まらない場合の経路の探索処理について説明する。
図10は、移動体が1つのグリッド内に収まらない場合に移動体を、マップ上においてどのように定義するかを示す図である。図10(a)は移動体の基本形を横向きにした状態であるとして、そこから、1/8Πラジアンだけ回転させた状態を示している。また、図10(b)は、移動体の基本形から1/4Πラジアンだけ回転させた状態を示している。
実施形態2においては、経路探索装置100は、各角度において、移動体の各頂点を位置を特定し、その頂点同士を結び、結んで得られる形状の内部が、移動体のマップ上の占有領域として特定する。即ち、図10(a)や、図10(b)において、黒塗りのマスで移動体の外形を示しているが、その内部が、移動体の占有領域ということになり、探索部131は、この形状に基づいて、移動体が移動可能な領域を特定したうえで、経路探索を行う。
本実施形態2においては、図10における回転中心を移動体の中心とし、移動経路の探索においても当該中心を利用して探索する。即ち、移動体全体ではなく、移動体の中心の移動経路を探索することで、移動体の経路の探索に置換する。
図11は、本実施形態2における態様で移動経路を探索する場合に、記憶部120に記憶されることになる移動体の向きと、その際の移動可能領域とを対応付けた移動体情報1100のデータ構成例を示すデータ概念図である。図11に示すように、移動体情報1100は、移動体の向き1101と、移動形状1102と、移動可能領域1103とが対応付けられた情報である。
移動体の向き1101は、移動体の基本位置からの向きの角度を示す情報である。図11においては、8つの角度の例を示しているが、これは8つに限るものではない。回転の分解能は2の乗数であることが望ましく、多ければ多いほど高精度の経路探索を提供することができるようになる。
移動体形状1102は、対応する移動体の向き1101における移動体の形状を示す情報であり、グリッドの占有領域と、その際の移動体の経路の探索に用いる移動体中心の位置(図中の丸印)を示す情報である。
移動可能領域1103は、対応する移動体の形状1102をとるときに、移動体の中心が移動可能な範囲を示す情報である。ここでは、マップ200に対して移動可能な領域を左車線の領域で示している。斜格子線のハッチング部分は、進入禁止領域を示しており、移動体中心が、移動体の外枠からある程度の距離があることにより、進入禁止領域の見た目の領域が拡張された形になる。図11の移動可能領域1103においては、左斜線でハッチングした領域が移動体の回転中心の移動可能領域を示し、斜格子模様でハッチングした領域が進入禁止領域を示している。また、白抜き部分は、移動体の回転中心が移動不可能な領域を示しており、黒塗り部分は、移動体が進入できない周囲の領域(例えば壁)を示している。
本実施形態2において、探索部131による移動経路の探索方法は、基本的に実施形態1と同様ではあるものの、移動可能領域1103を層状に重ねた地図を用いた3次元探索とすることで、向き形状を考慮した経路探索を実施する。
実施形態2に係る態様によれば、グリッドを実施形態1と比して細かくすることによって、より細やかな移動経路の探索を行うことができる。一方、実施形態1の態様の場合、実施形態2に比べてより簡単な処理で移動経路の探索を行うことができるので、実施形態2よりも経路探索装置100の処理負荷を少なくすることができる。
<まとめ>
上記実施形態に係る経路探索装置は、ケーブルなどの紐状の物体で接続された2つ以上の移動体の移動経路であって、紐状の物体が進入禁止領域に接触することがない移動経路を探索することができる。したがって、紐状の物体が電源ケーブルであった場合に、進入禁止領域に接触することでケーブルが断線したりなどして、電源の供給を受けている移動体が移動できなくなるといった事態を防ぐことができる。また、紐状の物体が通信ケーブルであった場合に、進入禁止領域に接触することでケーブルが断線したりなどして、移動体同士の通信ができなくなって、移動体の制御が困難になるといった事態も防ぐことができる。
<補足>
上記実施形態に係る経路探索装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、他の手法により実現されてもよいことは言うまでもない。以下、各種変形例について説明する。
(1)上記実施形態においては、特に述べていないが、経路探索装置100は、移動体に搭載されることとしてもよいし、移動体外の装置であるとしてもよい。
(2)上記実施形態において、グリッドは、正方形であるとしているが、これはその限りではない。グリッドは、その他の形状であってもよく、例えば、六角形などであってもよい。他の形状の場合であっても、上記実施形態と同様に、第1移動体1aの移動経路を探索した後に、第2移動体1cの移動経路の候補を策定し、その候補に位置した場合にケーブル1bが進入禁止領域210に重複するか否かを判定して、経路の探索を行う手法に変わりはない。
また、グリッドによる移動制御ではなく、マップ上における座標系での制御を行ってもよい。この場合、探索部131は、第1移動体1aの座標と、第2移動体1cの座標とから、ケーブル1bをマップ状における関数として特定し、当該関数が、進入禁止領域210と交わるか否かに基づいて、ケーブル1bが進入禁止領域210と重複するかを判定することとしてもよい。
このように、経路探索装置100は、どのような表現のマップにおいても、第1移動体1a、第2移動体1c、ケーブル1bのいずれもが進入禁止領域210と接触することがない経路の探索を臨機応変に行うことができる。
(3)上記実施形態1において、移動体(第1移動体、第2移動体)は、8方向のグリッドに進行可能なものとして説明したが、移動体は、8方向のグリッドに対して進行可能になっているとは限らない。そこで、経路探索装置100は、ステップS403において受け付ける移動体の情報として、移動体の進行方向に関する情報を受け付けることとしてもよく、探索部131は、その進行方向に基づいて、移動体の経路探索を行うこととしてもよい。
例えば、移動体が、前後左右にのみ進行可能であれば、探索部131は、進行可能なグリッドを、移動体の向きに対して前後左右のグリッドに絞って経路を探索する。また、あるいは、移動体がその場での回転と前方への進行のみが可能となっていれば、探索部131は、移動体の回動制御と、進行制御とを組み合わせて経路を探索する。
このように、経路探索装置100は、様々な移動体の移動特性に応じても、移動体の移動特性の入力を受け付ける(あるいは、予め記憶しておく)ことで、経路の探索を臨機応変に策定することができる。
(4)上記実施形態1においては、探索部131は、ケーブル1bが各移動体の中心に結線されているものとして、ケーブル1bが進入禁止領域210に接触しない移動体の移動経路を探索することとした。しかし、ケーブル1bが必ずしも各移動体の中心に結線されているとは限らない。その場合には、上記実施形態2に示す手法を用いれば、より厳密にケーブル1bと進入禁止領域210との重複の判定を行うことができる。
図12を用いて具体的に説明する。図12は、上記実施形態2において説明したように移動体の向きが設定されている状態であって、ケーブル1bの接続位置が移動体の中心ではない場合に、経路探索装置100の記憶部120に記憶されることになる移動体情報である。図12に示す例では、移動体の中心を丸印で、ケーブル1bの接続位置を三角印で示している。この情報を記憶部120が保持することにより、上記実施形態2においては、移動体中心に基づいて移動経路を探索することとしたが、それに加えて、その移動体中心に対して、ケーブル1bの接続位置が、どこにあるかを図12に示す表を用いることで特定することができる。そして、探索部131は、特定したケーブル1bの接続位置同士を接続することで、ケーブル1bが仮想的にどのグリッドを通過するのかをより正確に特定することができる。
したがって、本補足の構成を用いれば、探索部131は、ケーブル1bの接続位置が移動体の中央でない場合にも対応することができる。
(5)上記実施形態において、ケーブル1bは、第1移動体1aから見て全周囲への取り回しができるものとして説明した。即ち、図13(a)に示すように、第1移動体1aを中心に、そこから許容距離情報で示される距離だけ離れたグリッド位置が、第2移動体1cが存在可能な領域(図13(a)の右斜線でハッチングしたグリッドを参照)として特定した。
しかし、ケーブル1bが、移動体1aから見て全周囲での取り回しが可能とは限らない。例えば、図13(b)に示すように、ケーブル1bが、移動体1aの進行方向に対して後方の所定角度の範囲内でのみの取り回しが可能な場合も有り得る。このような場合、探索部131は、第2移動体1cの存在可能なグリッドとして、図13(b)の右斜線でハッチングしたグリッドに限定して、第2移動体1cの移動可能なグリッドを特定する。当該特定にあたって、探索部131は、移動体に関する情報として、ケーブル1bの第1移動体1aに対して取り回しが可能な角度の情報を受け付けることによって、対応することができる。
このように、ケーブル1bの可動範囲が制限されている場合であっても、探索部131bは、第2移動体1cの移動経路の探索を行うことができる。
(6)上記実施形態においては、2つの移動体が互いにケーブル1bを介して接続されている例を説明した。しかし、移動体1を形成する移動体は2つに限定されるものではない。移動体1は、例えば、第1移動体1a、第2移動体1c、第3移動体1e(図示せず)の三つの移動体から構成され、第1移動体1aと第2移動体1cは、ケーブル1bで接続され、第2移動体1cと第2移動体1eは、ケーブル1dで接続される態様で構成されてもよい。この場合、第1移動体1a、第2移動体1cの経路については、上記実施形態に示したものと同様に移動経路を探索し、第3移動体1eの経路については、第2移動体1cを上記実施形態における第1移動体と見做し、第3移動体1eを上記実施形態における第2移動体と見做して、移動経路の探索を行えばよい。
このように、経路探索装置100は、何台の移動体がケーブルで連接されていたとしても、各移動体、各ケーブルが、進入禁止領域210に接触することなく、目標位置に到達できる移動経路を探索することができる。
(7)上記実施形態においては、経路探索装置がケーブルなどの紐状の物体で接続された2つの移動体が、進入禁止領域に進入することなく目標位置までの経路を探索する経路探索装置100を構成する各機能部として機能するプロセッサが探索プログラム等を実行することにより、経路を探索することとしているが、これは装置に集積回路(IC(Integrated Circuit)チップ、LSI(Large Scale Integration))等に形成された論理回路(ハードウェア)や専用回路によって実現してもよい。また、これらの回路は、1または複数の集積回路により実現されてよく、上記実施形態に示した複数の機能部の機能を1つの集積回路により実現されることとしてもよい。LSIは、集積度の違いにより、VLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIなどと呼称されることもある。すなわち、図11に示すように、経路探索装置100を構成する各機能部は、物理的な回路により実現されてもよい。図14に示すように、経路探索装置100は、受付回路110aと、記憶回路120aと、制御回路130a(探索回路131a)と、出力回路140aとを備え、各回路は、上述の同名の機能部と同様の機能を有する。
また、上記探索プログラムは、プロセッサが読み取り可能な記録媒体に記録されていてよく、記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記探索プログラムは、当該探索プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記プロセッサに供給されてもよい。本発明は、上記探索プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
なお、上記探索プログラムは、例えば、ActionScript、JavaScript(登録商標)などのスクリプト言語、Objective-C、Java(登録商標)などのオブジェクト指向プログラミング言語、HTML5などのマークアップ言語などを用いて実装できる。
(8)上記実施形態及び各補足に示した構成は、適宜組み合わせることとしてもよい。
1 移動体
1a 第1移動体
1b 紐状の物体(ケーブル)
1c 第2移動体
100 経路探索装置
110 受付部
120 記憶部
130 制御部
131 探索部
140 出力部

Claims (8)

  1. 第1移動体と、前記第1移動体と紐状の物体で結線された第2移動体とから成る移動体の移動経路を決定する経路探索装置であって、
    前記第1移動体の初期位置と、前記第1移動体を到達させる目標位置と、進入禁止領域の位置に関する情報を含む所定範囲内の地図情報と、少なくとも前記第1移動体と前記第2移動体とを接続する前記紐状の物体に基づいて定まる前記第1移動体と前記第2移動体との間の距離情報を含む移動体情報と、の入力を受け付ける受付部と、
    前記第1移動体と、前記紐状の物体と、前記第2移動体とのいずれもが前記進入禁止領域に接触することなく、前記初期位置から前記目標位置に至るまでの移動経路を、前記地図情報と前記移動体情報とに基づいて、探索する探索部とを備える経路探索装置。
  2. 前記探索部は、前記第1移動体が前記初期位置から、前記進入禁止領域を避けて、前記目標位置に至るための第1経路候補を探索し、
    前記第1経路候補を探索した後に、前記第1経路候補で示される経路から、前記第1移動体と前記第2移動体間の最長となる距離の範囲内を通過し、前記進入禁止領域を避けて前記第2移動体が前記目標位置に到達できる第2経路候補を探索する
    ことを特徴とする請求項1に記載の経路探索装置。
  3. 前記探索部は、前記第1経路候補で示される各位置における前記第1移動体と、前記第2移動体とを結ぶ前記紐状の物体が前記進入禁止領域に重複しないように、前記第2経路候補を探索することを特徴とする請求項2に記載の経路探索装置。
  4. 前記探索部は、前記所定範囲内を所定の領域に区切り、前記第1経路候補で示される経路上であって、前記所定の領域各々に前記第1移動体が位置するとし、前記第2経路候補で示される経路上であって、前記所定の領域各々に前記第2移動体が位置するとし、前記第1移動体の各位置と前記第2移動体の各位置とを直線で結んだ領域に前記進入禁止領域が位置するか否かに基づいて、前記第2経路候補を探索することを特徴とする請求項3に記載の経路探索装置。
  5. 前記所定の領域は、前記第1移動体または前記第2移動体の少なくともいずれか一方が含まれる広さを有することを特徴とする請求項4に記載の経路探索装置。
  6. 前記所定の領域は、前記第1移動体又は前記第2移動体よりも狭い広さを有し、
    前記経路探索装置は、前記第1移動体又は前記第2移動体の各向きに応じて含まれる所定の領域の範囲を示す範囲情報を記憶する記憶部を備え、
    前記探索部は、前記範囲情報に基づいて前記第1経路候補及び前記第2経路候補を探索することを特徴とする請求項4に記載の経路探索装置。
  7. 前記探索部は、前記移動体情報として、前記紐状の物体が、前記第1移動体に対して取り得る角度を示す角度情報を取得し、前記角度情報に基づいて、前記第2移動体の経路を探索することを特徴とする請求項4に記載の経路探索装置。
  8. 第1移動体と、前記第1移動体と紐状の物体で結線された第2移動体とから成る移動体の移動経路を決定させる経路探索プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記第1移動体の初期位置と、前記第1移動体を到達させる目標位置と、進入禁止領域の位置に関する情報を含む所定範囲内の地図情報と、少なくとも前記第1移動体と前記第2移動体とを接続する前記紐状の物体に基づいて定まる前記第1移動体と前記第2移動体との間の距離情報を含む移動体情報と、の入力を受け付ける受付機能と、
    前記第1移動体と、前記紐状の物体と、前記第2移動体とのいずれもが前記進入禁止領域に接触することなく、前記初期位置から前記目標位置に至るまでの移動経路を、前記地図情報と前記移動体情報とに基づいて、探索する探索機能とを実現させる経路探索プログラム。
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