JP6982999B2 - 経路決定装置と経路決定方法 - Google Patents
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Description
また、空港や航空基地などの広大な場所をパトロールするために、カメラなどの監視用センサを搭載した無人の移動装置を用いることがある。
例えば、狭い走行路において、右折または左折により分岐路へ進入する時に移動装置の向きを90度より大きく変えなければならない場合に、分岐路への進入に失敗する可能性がある。あるいは、移動装置を、狭い分岐路へ右折または左折により進入させる場合に、分岐路への進入に失敗する可能性がある。なお、このような問題は、遠隔操作方法、自律制御方法、および半自律制御方法のいずれにおいても生じ得る。
(A)移動装置の移動経路に関して、環境地図データにおける目標点と経由点を人が入力装置を用いて指定した場合に、目標点と経由点とを受ける。
(B)目標点と経由点に基づいて、環境地図データにおいて障害物に干渉しない移動装置の移動経路を探索して決定する。
(B)では、次の(B1)〜(B4)を行う。
(B1)環境地図データにおいて、経由点を含む局所領域内に複数の候補点を生成し、目標点を含む別の局所領域内に複数の候補点を生成し、
(B2)複数の局所領域からそれぞれ1つずつ選択した候補点の組み合わせを1つの組み合わせとして、複数の組み合わせを特定し、
(B3)特定した複数の組み合わせの各々について、各候補点を通る候補経路を生成し、各候補経路が障害物に干渉するか否かを判断し、
(B4)障害物に干渉しないと判断された各候補経路について、予め定めた評価関数に従って評価値を求め、複数の候補経路から、最良の評価値を持つ候補経路を選択し、選択した候補経路を、移動装置の移動経路として決定する。
移動装置10は、環境計測装置3、位置検出装置5、地図データ生成装置7、経路決定装置30、移動制御装置9、および通信装置11を含む。例えば、移動装置10は無人で移動するものである。
なお、位置検出装置5は、固定座標系における移動装置10の現在位置を検出できれば、上述の構成に限定されず他の構成を有していてもよい。
支援装置20は、経路決定装置30用に設けられ、通信装置21と表示装置23と入力装置25とを備える。支援装置20は、所定の場所へ置いた状態で使用されるもの(図1の装置20A)であってもよいし、人の手で持った状態で使用されるもの(図1の装置20B)であってもよい。
(1)目標点:表示された環境地図データ(すなわち、環境地図データが表わす領域の範囲。以下同様)において、移動装置10を到達させる目標点の指定。目標点は、例えば環境地図データにおける分岐路内の点であってよいが、これに限定されない。
(2)目標点向き:目標点における移動装置10の向きを示す目標点向きの指定。
(3)経由点と経由点順序:移動装置10が目標点へ至る前に通過する経由点の指定。複数の(例えば2つ以上または3つ以上の)経由点を指定する場合には、これらの経由点が移動装置10により通過される順序(以下で単に経由点順序という)も入力装置25により指定する。
(4)進行向き:探索対象の移動経路の開始点P0(例えば移動装置10の現在位置)と各経由点について、この開始点P0または経由点からの移動装置10の移動が前進または後進であることを示す進行向きの指定。ここで、前進とは、移動装置10が移動装置10の前方側へ進むことを意味し、後進とは、移動装置10が移動装置10の後方側へ進むことを意味する。
図4は、経路決定装置30の構成を示すブロック図である。経路決定装置30は、基本探索部27を備える。経路決定装置30が支援装置20から経路探索の支援情報を受けない場合には、基本探索部27は、上述した基本経路探索処理を行うことにより基本の移動経路を生成して移動制御装置9へ出力する。基本探索部27は、上述した基本経路探索処理を行う限りにおいて、どのような構成を有していてもよく、例えば、環境地図データに基づいて移動経路を探索する公知の構成を有していてよい。
探索装置32は、上記(1)〜(4)の指定に基づいて、環境地図データにおいて障害物に干渉しない新たな移動経路を探索して決定する。この時、探索する移動経路の開始点P0は、図3(A)の例では移動装置10の現在位置である。
(a)局所経路を生成する。
(b)上記(a)で生成した局所経路が環境地図データにおいて障害物に干渉するかを判断する。
最初に行う(a)では、目標点の候補点又は開始点P0を生成起点とし、生成起点の次の候補点を端点として、該生成起点から該端点まで延びる局所経路を生成する。2回目以降に行う(a)では、前回の(a)で生成した局所経路の端点を新たな生成起点とし、該生成起点の次の前記候補点を端点として、該生成起点から該端点まで延びる次の局所経路を生成する。最後に行う(a)では、前回の(a)で生成した局所経路の端点を新たな生成起点とし目標点の候補点又は開始点P0を端点として、該生成起点から該端点まで延びる局所経路を生成する。
経路決定装置30のモードには、本実施形態では、通常モードと待機モードと支援モードがある。
図6は、経路決定装置30のモードの切り替えを示す説明図である。
移動装置10を起動させた初期時点では、経路決定装置30は待機モードにあり、移動装置10は停止している。この状態で、人が入力装置25を操作することにより、通常モード指令を入力すると、この通常モード指令が通信装置21から移動装置10へ送信される。これにより、経路決定装置30のモードが通常モードに切り替えられる。
通常モードには、自律モードと遠隔操作モードと半自律モードとがある。これらのモード間の切り替えは、入力装置25に設けたモード切替用の操作部により行われてよい。この操作部が人に操作されると、この操作に応じたモード切替指令が入力されて通信装置21から移動装置10へ送信され、これにより、経路決定装置30のモードが、初期のモード(例えば自律モード)からモード切替指令に示されるモード(自律モード、遠隔操作モードまたは半自律モード)に切り替えられる。
図7は、自律モードと半自律モードの時における移動装置10側の処理を示す。
<自律モード>
ステップS1において、環境計測装置3は、環境データを取得し、位置検出装置5は、移動装置10の現在位置を検出する。
ステップS2において、地図データ生成装置7は、ステップS1で取得された環境データと、ステップS1で検出された移動装置10の現在位置とに基づいて、環境地図データを生成する。
ステップS3において、経路決定装置30の基本探索部27は、ステップS2で生成された環境地図データと、予め与えられた目標位置または次の経由位置とに基づいて、移動装置10の現在位置から目標位置または次の経由位置へ向かうための基本の移動経路を生成する。
通常モードが半自律モードである場合には、上述のステップS1〜S4が繰り返し行われている時に、ステップS5において、人は、表示装置23に表示された環境データまたは環境地図データを見ながら、適宜の遠隔操作装置を操作できる。遠隔操作装置は、入力装置25に組み込まれていてもよいし、入力装置25とは別個に設けられていてもよい。
この場合、経路決定装置30の基本探索部27は、ステップS3において、ステップS5で送信された操作指令と、ステップS2で生成された環境地図データとに基づいて、障害物に干渉しない移動装置10の基本の移動経路を表わす経路データを生成する。操作指令は、例えば、移動装置10のアクセル操作量、ブレーキ操作量、進行方向などを示す。経路データは、移動経路と、移動経路上の各点での指令速度を含む。この指令速度は、移動装置10の現在の速度とアクセル操作量またはブレーキ操作量とに基づいて経路決定装置30により決定される。なお、半自律モードの他の点は、自律モードと同じであってよい。ステップS4において、移動制御装置9は、ステップS3で生成された経路データに従って移動装置10の移動を制御する。
通常モードが遠隔操作モードである場合、ステップS5で送信された操作指令に基づいて、移動装置10の移動経路を表わす上述の経路データを生成する。この時、ステップS2で生成された環境地図データは考慮されない。この点で、遠隔操作モードは半自律モードと異なる。遠隔操作モードの他の点は、半自律モードと同じであってよい。
通常モードで移動装置10が移動している時に、人は、表示装置23に表示された環境データと環境地図データを見て、移動装置10が分岐路へ進入することが困難でありそうな場合において、経路決定装置30のモードを支援モードに切り替えることができる。すなわち、人は、入力装置25を操作する(例えばボタンを押す)ことにより、経路決定装置30のモードを支援モードに切り替えることを示すモード切替指令を入力できる。これにより、このモード切替指令は、通信装置21から移動装置10へ送信され、その結果、経路決定装置30のモードが支援モードに切り替わる。
i)移動装置10が、走行可能領域Raの分岐路で、右側または左側の分岐路へ曲がって進入する時に、曲がりきれずに障害物の直前で停止した場合(例えば図3(A)の状態の場合)。
ii)上述のステップS3で生成された基本の移動経路とは異なる特定の分岐路へ移動装置10を進入させたい場合。
iii)基本の移動経路に沿って移動装置10が分岐路へ進入(例えば右折または左折により進入)するために、移動装置10の向きを90度より大きく変えなければならないことにより、分岐路への移動装置10の進入が失敗する可能性がありそうな場合。
iv)基本の移動経路に沿って、移動装置10が狭い分岐路へ移動装置10が進入(例えば右折または左折により進入)することになる場合に、より適切な経路でこの分岐路に進入させたい場合。
また、経路決定の支援方法を図8に基づいて説明する。図8は、支援装置20を用いた経路決定の支援方法を示すフローチャートである。経路決定の支援方法は、ステップS11〜S14を有する。
ステップS11において、入力装置25により、支援モードを示すモード切替指令が入力される。
ステップS12において、ステップS11で入力されたモード切替指令が、通信装置21から移動装置10に送信される。これにより経路決定装置30のモードが支援モードに切り替わる。
ステップS13において、人が入力装置25を操作することにより、上述のように環境地図データにおいて上述した(1)〜(4)の指定を支援情報として入力する。図3(B)は、図3(A)に対してステップS13による各指定を行った場合を示す。
ステップS14において、ステップS13で入力された各指定が、支援情報として通信装置21から移動装置10に送信される。これらの指定は、その対象となった環境地図データと対応づけられた状態で送信される。例えば、各指定とこの環境地図データとが送信されてよい。
経路決定装置30は、ステップS14で送信された支援情報を通信装置11を介して指定受信部31により受けると、支援情報に基づいて、本発明の実施形態による経路決定方法としての支援経路探索処理を実行する。
図9は、支援経路探索処理を示すフローチャートである。支援経路探索処理は、ステップS21〜S24を有する。
最初のステップS232で目標点の候補点を生成起点とする場合には、目標点の候補点Qにおける当該局所経路の接線方向が上述のように指定された目標点向きになるという条件を満たすように、当該局所経路を基準経路として生成する。次に、基準経路に結合される次の局所経路を生成する。この時、基準経路と次の局所経路との結合点(候補点)における基準経路の接線方向が、接線条件となる。すなわち、基準経路と次の局所経路との結合点において、この接線条件を、次の局所経路の接線方向が満たすように、次の局所経路が生成される。その後、当該次の局所経路を新たな基準経路として、当該基準経路に結合される次の局所経路を上述と同様に生成する。このような処理を繰り返して候補経路を生成する。この場合、最後に生成する局所経路は、開始点P0における接線方向が、現在位置P0の移動装置10(車体1)の向きになるように生成される。
最初のステップS232で開始点P0を生成起点とする場合には、上述と逆の手順で各局所経路が生成される。
互いに結合される1対の局所経路の進行向きがそれぞれ前進と後進である場合に、候補経路生成部35は、図5(B)のように、当該1対の局所経路同士の結合点が移動経路における局所的な折り返し点となるように、当該1対の局所経路を生成する。すなわち、当該1対の局所経路の一方が該1対の局所経路の他方の延長線上には存在しないように、当該1対の局所経路は生成される。この生成方法1は、互いに進行向きが逆であって互いに結合される各対の局所経路の生成に適用される。
(生成方法2)
互いに結合される1対の局所経路の進行向きが同じである場合には、候補経路生成部35は、当該1対の局所経路の一方が局所的に該1対の局所経路の他方の延長線上に存在するように当該1対の局所経路を生成する。この生成方法2は、互いに進行向きが同じであって互いに結合される各対の局所経路の生成に適用される。
なお、評価関数は上述の例に限定されず、様々な関数を評価関数として設定することができる。
経路決定装置30は、ステップS12で送信された、支援モードを示すモード切替指令を通信装置11を介して受けると、停止指令を移動制御装置9に出力し、これにより移動制御装置9は移動装置10の移動を停止させる。その後、移動制御装置9は、上述の支援経路探索処理により生成されステップS25で出力された経路データを受けると、この経路データに従って、移動制御装置9は移動装置10の移動を制御する。これにより、移動装置10は、次の(A)と(B)を満たすように制御される。
(A)移動装置10は、経路データが表わす移動経路上を移動する。
(B)移動装置10は、経路データが表わす移動経路の各局所経路上を、該局所経路の進行向きに従って前進または後進する。すなわち、移動装置10は、該局所経路の進行向きが前進であれば該局所経路上を前進で移動し、該局所経路の進行向きが後進であれば該局所経路上を後進で移動する。
上述した実施形態によると、人が指定した目標点と経由点を支援情報として受け、この支援情報に基づいて移動経路を探索するので、基本探索部27だけの探索では、移動可能な経路を探索するのが困難となりそうな場合でも、経路決定装置30は、人の支援を受けることにより、状況に適した移動経路を探索して決定できるようになる。上述の例では、移動装置10を分岐路へ進入させる際に、この進入が困難そうである場合に、人は、入力装置25を用いて、表示装置23に表示された環境地図データにおいて、分岐路内の目標点を指定することにより、分岐路内のどの位置へ移動装置10を到達させるかを指定できる。さらに、人は、入力装置25を用いて、環境地図データにおいて経由点を指定することにより、目標点へ至るためにどの位置を経由すればよいかを指定できる。このように指定された目標点と経由点に基づいて、移動経路が決定されるので、移動装置10が失敗せずに分岐路へ進入する新たな移動経路を決定できるようになる。
上述では、環境地図データが2次元空間を表わすデータであり、上述の開始点と目標点と各経由点は2次元座標であったが、環境地図データが3次元空間を表わすデータであり、上述の開始点と目標点と各経由点は3次元座標であってもよい。
表示装置23に表示される環境地図データは、上述では、環境計測装置3が取得した環境データに基づいて生成されたものであるが、本発明はこれに限定されない。すなわち、移動装置10が、自身以外の移動する障害物(人や他の車両など)が存在せず環境状態が変化しない場所を移動する場合には、環境地図データは、静止障害物の箇所を示す既知の地図データに基づくデータであってもよい。この場合、上述の各「環境地図データ」は、「既知の地図データにおいて移動装置10の現在位置を示した環境地図データ」に読み替えられる。
Claims (7)
- 移動装置の移動経路を決定する経路決定装置であって、
前記移動経路に関して、環境地図データにおける目標点と経由点を人が入力装置を用いて指定した場合に、前記目標点と前記経由点とを受ける指定受信部と、
前記目標点と前記経由点に基づいて、前記環境地図データにおいて障害物に干渉しない前記移動経路を探索して決定する探索装置を備え、
前記探索装置は、
前記環境地図データにおいて、前記経由点を含む局所領域内に複数の候補点を生成し、前記目標点を含む別の局所領域内に複数の候補点を生成する候補点生成部と、
複数の前記局所領域からそれぞれ1つずつ選択した前記候補点の組み合わせを1つの組み合わせとして、複数の組み合わせを特定する組生成部と、
特定した複数の前記組み合わせの各々について、各前記候補点を通る候補経路を生成し、各前記候補経路が障害物に干渉するか否かを判断する候補経路生成部と、
障害物に干渉しないと判断された各前記候補経路について、予め定めた評価関数に従って評価値を求め、最良の評価値を持つ複数の前記候補経路から前記候補経路を選択し、選択した該候補経路を前記移動装置の前記移動経路として決定する評価部と、を備える、経路決定装置。 - 前記移動経路に関して、前記目標点と前記経由点に加えて、前記目標点における前記移動装置の向きを示す目標点向きを、人が入力装置を用いて指定した場合に、
前記指定受信部は、前記目標点と前記経由点と前記目標点向きを受け、
前記候補経路生成部は、前記組生成部が特定した複数の前記組み合わせの各々について、前記目標点の前記候補点における向きが前記目標点向きとなり且つ各前記候補点を通る前記候補経路を生成する、請求項1に記載の経路決定装置。 - 前記移動経路に関して、前記目標点と前記経由点に加えて、前記経由点からの前記移動装置の移動が前進または後進であることを示す経由点の進行向きを、人が入力装置を用いて指定した場合に、
前記指定受信部は、前記目標点と前記経由点と前記経由点の前記進行向きを受け、
該進行向きが前記経由点の前記候補点からの進行向きであるとして、前記探索装置は、決定した前記移動経路を表わし且つ当該移動経路における前記候補点からの前記進行向きを含む経路データを前記移動装置の移動制御装置へ出力する、請求項1または2に記載の経路決定装置。 - 前記指定受信部が複数の前記経由点を受けた場合には、前記候補点生成部は、前記経由点毎に、該経由点を含む前記局所領域内に複数の候補点を生成し、
探索する前記移動経路の開始点が、前記移動装置の現在位置であり、
前記候補経路生成部は、各前記組み合わせについて、
(a)局所経路を生成する処理と、
(b)前記(a)で生成した前記局所経路が前記環境地図データにおいて障害物に干渉するかの判断を行う処理と、を繰り返し、
最初に行う前記(a)では、前記目標点の前記候補点又は前記開始点を生成起点とし、生成起点の次の前記候補点を端点として、該生成起点から該端点まで延びる局所経路を生成し、2回目以降に行う前記(a)では、前回の前記(a)で生成した前記局所経路の端点を新たな生成起点とし、該生成起点の次の前記候補点を端点として、該生成起点から該端点まで延びる次の局所経路を生成し、最後に行う前記(a)では、前回の前記(a)で生成した前記局所経路の端点を新たな生成起点とし前記目標点の前記候補点又は前記開始点を端点として、該生成起点から該端点まで延びる局所経路を生成し、
前記開始点と前記目標点の前記候補点の一方から他方まで至る経路を構成する各前記局所経路が障害物に干渉しないと前記(b)で判断された前記組み合わせを特定し、該組み合わせの各前記局所経路により構成される経路を、障害物に干渉しない前記候補経路とする、請求項1、2または3に記載の経路決定装置。 - 前記候補経路生成部は、前記(a)において、
前記目標点の前記候補点を前記局所経路の前記生成起点又は前記端点とする場合、該生成起点または該端点における接線方向が指定された目標点向きになる該局所経路を生成し、
前記開始点を前記局所経路の前記生成起点又は前記端点とする場合、該生成起点または該端点における接線方向が、前記現在位置の前記移動装置の向きになる該局所経路を生成する、請求項4に記載の経路決定装置。 - 前記候補経路生成部は、2回目以降に行う前記(a)において、
前回の前記(a)で生成した前記局所経路の前記端点での接線方向を基準方向として、前記生成起点での接線方向が基準方向となる前記局所経路を生成する、請求項4または5に記載の経路決定装置。 - 移動装置の移動経路を経路決定装置により探索して決定する経路決定方法であって、
(A)前記移動経路に関して、環境地図データにおける目標点と経由点を人が入力装置を用いて指定した場合に、前記目標点と前記経由点とを受け、
(B)前記目標点と前記経由点に基づいて、前記環境地図データにおいて障害物に干渉しない前記移動経路を探索して決定し、
前記(B)では、
前記環境地図データにおいて、前記経由点を含む局所領域内に複数の候補点を生成し、前記目標点を含む別の局所領域内に複数の候補点を生成し、
複数の前記局所領域からそれぞれ1つずつ選択した前記候補点の組み合わせを1つの組み合わせとして、複数の組み合わせを特定し、
特定した複数の前記組み合わせの各々について、各前記候補点を通る候補経路を生成し、各前記候補経路が障害物に干渉するか否かを判断し、
障害物に干渉しないと判断された各前記候補経路について、予め定めた評価関数に従って評価値を求め、複数の前記候補経路から、最良の評価値を持つ前記候補経路を選択し、選択した該候補経路を前記移動装置の前記移動経路として決定する、経路決定方法。
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