JP7283341B2 - 走行制御システム - Google Patents

Description

本発明は、走行制御システムに関する。

従来の走行制御システムとしては、例えば特許文献１に記載されているような技術が知られている。特許文献１に記載の走行制御システムは、複数の移動体の走行を制御するシステムである。各々の移動体には、移動体の周囲の状況を検出する検出部が設けられている。各移動体は、周囲の状況を検出部で検出しながら、当該検出結果、及び予め取得された地図データに基づいて、走行制御される。移動体は、検出結果に基づいて、他の移動体を回避するように走行する。

特開２０１１－１５０４４３号公報

ところで、ある移動体が検出部で他の移動体を検出しようとする場合、検出範囲に他の移動体の一部しか存在しない場合がある。走行制御システムが、このような検出結果に基づいて、移動体が他の移動体を回避するように走行制御を行った場合、移動体は、他の移動体の検出されていない箇所と接触する可能性がある。従って、移動体同士の接触を回避して、走行性能を向上することが求められていた。

本発明の目的は、移動体の走行性能を向上することができる、走行制御システムを提供することである。

本発明の一態様は、複数の移動体の走行を制御する走行制御システムにおいて、各々の移動体に設けられ、当該移動体の周囲の状況を検出する検出部と、検出部による検出結果、及び予め取得された地図データに基づいて、各々の移動体の走行を制御する走行制御部と、各々の移動体の外形情報と、検出部による検出結果を比較して、当該検出結果を補正する補正部と、を備える。

このような走行制御システムにおいては、各々の移動体には、当該移動体の周囲の状況を検出する検出部が設けられる。また、走行制御部は、検出部による検出結果、及び予め取得された地図データに基づいて、各々の移動体の走行を制御する。ここで、補正部は、各々の移動体の外形情報と、検出部による検出結果を比較して、当該検出結果を補正する。この場合、検出部が、実際には他の移動体の外形を検出していなかった場合であっても、補正部は、他の移動体の外形情報を反映するように、検出結果を補正することができる。走行制御部は、外形情報を反映するように補正された検出結果を用いることで、移動体同士の干渉を回避するような走行制御を容易に行うことができる。以上より、移動体の走行性能を向上することができる。

補正部は、一の移動体の検出部に対する他の移動体の検出箇所の距離と、一の移動体の検出部に対する他の移動体の外形の距離と、を比較することによって検出結果の補正を行ってよい。これにより、補正部は、距離を比較するだけで容易に検出結果の補正を行うことができる。

検出部はレーザを用いて移動体の周囲の状況を検出し、走行制御部は、レーザを用いて検出部で検出した検出結果と地図データとをマッチングすることで推定された移動体の位置を用いて、移動体の走行を制御してよい。このような構成では、例えばＳＬＡＭという自己位置推定技術を用いて、検出部がレーザを用いて検出を行うだけで、各移動体の位置と姿勢の情報を容易に取得することができる。

複数の移動体は、各々の移動体の外形情報を互いに共有してよい。この場合、補正部が検出結果の補正を行うときに、各々の移動体の外形情報を正確に反映した上で、補正を行うことができる。

本発明によれば、移動体の走行性能を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る走行制御システムを示す概略構成図である。 図１に示されたコントローラにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 二つの移動体のレーザセンサが、互いに検出し合う様子を示す図である。 移動体のレーザセンサの検出結果を補正する手順を示す概念図である。 移動体のレーザセンサの検出結果を補正する手順を示す概念図である。 移動体のレーザセンサの検出結果を補正する手順を示す概念図である。 比較例に係る走行制御システムの制御内容を示す概念図である。 変形例に係る走行制御システムにおいて、移動体のレーザセンサの検出結果を補正する手順を示す概念図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る走行制御システム１００を示す概略構成図である。図１に示すように、走行制御システム１００は、複数の移動体２と、サーバー１０１と、を備える。走行制御システム１００は、複数の移動体２の走行を制御するシステムである。移動体２は、倉庫や工場などの構造物内で自動的に走行する。移動体２は、例えばフォークリフト、無人搬送車などである。

移動体２は、レーザセンサ３（検出部）と、駆動部４と、コントローラ５とを備えている。

レーザセンサ３は、各々の移動体２に設けられ、当該移動体２の周囲の状況を検出する。また、レーザセンサ３は、検出した物体との位置関係を計測する。レーザセンサ３は、移動体２の周囲にレーザを照射し、レーザの反射光を受光することにより、レーザセンサ３から移動体２の周囲の物体を検出し、当該物体までの距離と方向を計測する。レーザセンサ３としては、例えばレーザレンジファインダが用いられる。使用するレーザとしては、２Ｄレーザが用いられる。

レーザセンサ３は、移動体２のうち、周囲の状況を検出し易い箇所に設けられている。例えば、図３に示すように、レーザセンサ３は、移動体２の天井部に設けられている。また、レーザセンサ３は、移動体２の前方へ向かってレーザを扇状に照射する。具体的には、レーザセンサ３は、移動体２の前方直進方向を中心とした規定の角度範囲にレーザを照射する。これにより、レーザセンサ３は、移動体２の前方の所定の角度範囲を検出範囲Ｅとして、検出を行うことができる。

駆動部４は、特に図示はしないが、移動体２の走行輪を回転させる走行モータと、移動体２の操舵輪を転舵させる操舵モータとを有している。

コントローラ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ５は、情報処理部１１と、補正部１２と、走行制御部１３と、記憶部１４と、を有している。

情報処理部１１は、各種情報を取得すると共に各種情報処理を行う。情報処理部１１は、レーザセンサ３による検出結果を取得すると共に、当該検出結果に基づく各種情報処理を行う。また、情報処理部１１は、サーバー１０１からの情報を取得し、当該情報に基づく各種情報処理を行う。また、情報処理部１１は、得られた情報をサーバー１０１へ送信する。情報処理部１１は、レーザセンサ３による検出結果、及び予め取得された地図データに基づいて、移動体２の自己位置を推定する。情報処理部１１は、例えばＳＬＡＭ（simultaneous localization andmapping）手法を用いて、移動体２の自己位置（地図データにおける位置座標）を推定する。ＳＬＡＭは、レーザセンサ３による検出結果と地図データとをマッチングさせることによって、自己位置推定を行う自己位置推定技術である。ＳＬＡＭは、自己位置推定と環境地図の作成とを同時に行う。具体的には、情報処理部１１は、レーザセンサ３により検出された物体までの距離データと移動体２の周囲環境の地図データとをマッチングさせて、移動体２の自己位置の推定演算を行う。また、情報処理部１１は、サーバー１０１からの情報を取得して、他の移動体２の位置も取得することができる。

補正部１２は、各々の移動体２の外形情報と、レーザセンサ３による検出結果を比較して、当該検出結果を補正する。外形情報とは、移動体２の機台の外形の形状、大きさ及びレーザセンサ３との位置関係などを示す情報である。なお、外形情報は、機台の移動方向と平行な面における、最も外側に位置する形状とするのが好ましい。補正部１２は、一の移動体２のレーザセンサ３に対する他の移動体２の検出箇所（レーザ点）の距離と、一の移動体２のレーザセンサ３に対する他の移動体２の外形の距離と、を比較することによって検出結果の補正を行う。補正部１２による検出結果の補正の詳細な内容については、後の処理内容の説明において説明する。

走行制御部１３は、レーザセンサ３による検出結果、及び予め取得された地図データに基づいて、移動体２の走行を制御する。走行制御部１３は、自己位置と目標位置とを比較することによって、移動体２の移動方向や移動距離を演算する。また、走行制御部１３は、当該演算結果に基づいて、移動体２が目標位置へ向かうように駆動部４へ制御信号を出力する。また、走行制御部１３は、レーザセンサ３による検出結果から、他の移動体２の位置を把握し、他の移動体２を回避するような回避制御を行う。記憶部１４は、各種データを記憶する。記憶部１４は、地図データを記憶する。

サーバー１０１は、走行制御システム１００で用いられる各種情報を取得すると共に、各種演算を行う装置である。サーバー１０１は、各移動体２の位置を取得すると共に当該位置情報を各移動体２へ送信する。サーバー１０１は、作業を行う構造物の何れかの場所に設けられてよい。なお、サーバー１０１は、複数の移動体２の中の、いずれかの移動体２に組み込まれていていてもよい。

次に図２～図６を参照して、走行制御システム１００の制御処理内容について説明する。図２は、走行制御システム１００の制御処理内容を示すフローチャートである。図３は、二つの移動体２のレーザセンサ３が、互いに検出し合う様子を示す図である。図４～図６は、移動体２Ａのレーザセンサ３Ａの検出結果を補正する手順を示す概念図である。なお、ここでは、移動体２Ａの周囲に移動体２Ｂ，２Ｃ及び壁Ｗが存在する状況であって、移動体２Ａが他の移動体２Ｂ，２Ｃを回避するように走行する場合について説明する。また、図３に示すように、移動体２Ａのレーザセンサ３Ａの検出範囲Ｅには、移動体２Ｂの天井部のレーザセンサ３Ｂだけが存在し、移動体２Ｂの機台自体は検出範囲Ｅに含まれないものとする。同様に、レーザセンサ３Ａの検出範囲Ｅには、移動体２Ｃのレーザセンサ３Ｃだけが存在し、移動体２Ｃの機台自体は検出範囲Ｅに含まれないものとする。

図２に示すように、まず、情報処理部１１は、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの座標を取得する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００では、ＳＬＡＭ等で用いられる地図座標を基準として演算される座標が使用される。座標には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で表現される水平方向における位置の情報と、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの機台の角度の情報と、が含まれる。具体的には、図４（ａ）に示すように、情報処理部１１は、移動体２Ａの機台の座標（ｘａ，ｙａ，θａ）と、移動体２Ｂの機台の座標（ｘｂ，ｙｂ，θｂ）と、移動体２Ｃの機台の座標（ｘｃ，ｙｂ，θｂ）と、を取得する。なお、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの座標は、当該移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの座標点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣの位置を示す。当該座標点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣは、レーザセンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃの中心位置に設定されるものとする（図５等を参照）。

次に、情報処理部１１は、移動体２Ａのレーザセンサ３Ａの検出結果を取得する（ステップＳ１１０）。図４（ｂ）に示すように、レーザセンサ３Ａの検出結果は、当該レーザセンサ３Ａを中心としたレーザ点群によって示される。レーザセンサ３Ａの検出範囲Ｅ内に物体が存在する場合、当該物体の外縁にレーザが照射されることによるレーザ点群が形成される。物体が存在しない箇所については、検出範囲Ｅの外縁にレーザ点群が形成される。具体的には、レーザセンサ３Ａの検出結果は、壁Ｗに沿ったレーザ点群ＬＷと、移動体２Ｂのレーザセンサ３Ｂの外縁に沿ったレーザ点群ＬＢと、移動体２Ｃのレーザセンサ３Ｃの外縁に沿ったレーザ点群ＬＣと、検出範囲Ｅの外縁に沿ったレーザ点群ＬＥと、を有する。

次に、補正部１２は、移動体２Ｂ，２Ｃの外形情報を設定する（ステップＳ１２０）。図５（ａ）に示すように、補正部１２は、移動体２Ｂの座標に基づいて、移動体２Ｂの外形２０Ｂを仮想的に設定すると共に、移動体２Ｃの座標に基づいて、移動体２Ｃの外形２０Ｃを仮想的に設定する。補正部１２は、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの機台の外形は全て同一であるため、移動体２Ｂ，２Ｃの外形２０Ｂ，２０Ｃとして、移動体２Ａ自身の機台の外形を採用する。ここでは、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外形は、長方形であるものとする。補正部１２は、座標点ＰＢ，ＰＣが外形２０Ｂ，２０Ｃの中心位置と一致するように、仮想的な外形２０Ｂ，２０Ｃを設定する。また、移動体２Ｂ，２Ｃの機台の座標には、当該機台の角度情報も含まれている。従って、補正部１２は、各機台の角度情報を、外形２０Ｂ，２０Ｃの姿勢に反映する。ここでは、移動体２Ｂの機台の外形２０Ｂは、Ｙ軸方向に対して傾かないように設定される。移動体２Ｃの機台の外形２０Ｃは、Ｙ軸方向に対してθｃの角度だけ傾くように設定される。

次に、補正部１２は、ステップＳ１２０で設定した移動体２Ｂ，２Ｃの外形情報に基づいて、検出結果の補正を行う（ステップＳ１３０）。補正部１２は、移動体２Ａのレーザセンサ３Ａに対する他の移動体２Ｂ，２Ｃの実測に係るレーザ点（検出箇所）の距離と、移動体２Ａのレーザセンサ３Ａに対する他の移動体２Ｂ，２Ｃの外形２０Ｂ，２０Ｃの距離と、を比較することによって検出結果の補正を行う。補正部１２は、レーザデータ毎に、機台の外形２０Ｂ，２０Ｃとの交点を演算する。この交点は、移動体２Ａのレーザセンサ３Ａ及び所定のレーザ点を結ぶ線分と、外形２０Ｂ，２０Ｃの四方の辺部を構成する線分と、が交差する点である。そして、補正部１２は、外形２０Ｂ，２０Ｃとの交点が存在する場合、レーザセンサ３Ａから当該交点までの距離を演算する。補正部１２は、このようにして演算された距離と、実測に係るレーザ点の距離との中で、最も移動体２Ａの機台の中心に近いものを、補正後のレーザ点として採用する。

具体的に、レーザセンサ３Ｂに沿った実測に係るレーザ点群ＬＢのレーザ点と移動体２Ａのレーザセンサ３Ａとを結ぶ線分は、交点ＣＰ１にて外形２０Ｂと交差する。実測に係るレーザ点と交点ＣＰ１とでは、交点ＣＰ１の方がレーザセンサ３Ａに近い。従って、交点ＣＰ１が、補正後のレーザ点として設定される。検出範囲Ｅの外縁に沿った実測に係るレーザ点群ＬＥのレーザ点とレーザセンサ３Ａとを結ぶ線分は、交点ＣＰ２，ＣＰ３にて外形２０Ｂと交差する。実測に係るレーザ点及び交点ＣＰ２，ＣＰ３の中では、交点ＣＰ２が最もレーザセンサ３Ａに近い。従って、交点ＣＰ２が、補正後のレーザ点として設定される。このような補正処理がなされることにより、補正部１２は、図６に示すような検出結果を取得する。補正後の検出結果は、レーザセンサ３Ｂの外縁に沿ったＬＢに代えて、移動体２Ｂの仮想的な外形２０Ｂの長辺に沿ったレーザ点群ＬＢａと、移動体２Ｂの仮想的な外形２０Ｂの短辺に沿ったレーザ点群ＬＢｂと、を有する。また、補正後の検出結果は、レーザセンサ３Ｃの外縁に沿ったＬＣに代えて、移動体２Ｃの仮想的な外形２０Ｃの長辺に沿ったレーザ点群ＬＣａと、移動体２Ｃの仮想的な外形２０Ｃの短辺に沿ったレーザ点群ＬＣｂと、を有する。

次に、走行制御部１３は、ステップＳ１３０で補正された検出結果に基づいて、移動体２Ａの走行制御を行う（ステップＳ１４０）。走行制御部１３は、移動体２Ａの機台が、移動体２Ｂの外形２０Ｂに沿ったレーザ点群ＬＢａ，ＬＢｂ及び移動体２Ｃの外形２０Ｃに沿ったレーザ点群ＬＣａ，ＬＣｂと干渉せずに回避するように、走行制御を行う。なお、走行制御部１３は、このように検出範囲Ｅに存在する物体を示すレーザ点群を回避するための回避制御を行う際は、レーザ点群を用いて検出物体を回避するための公知の演算方法を用いて回避制御を行う。以上により、図２に示すフローチャートが終了する。

次に、本実施形態に係る走行制御システム１００の作用・効果について説明する。

まず、比較例に係る走行制御システムについて説明する。比較例に係る走行制御システムは、各移動体が上述の補正部１２を有していない。この場合、走行制御部は、実際にレーザセンサ３Ａが検出した検出結果に基づいて、走行制御を行う。例えば、図７（ｂ）に示すように、レーザセンサ３Ａが実際に移動体２Ｂの外形２０Ｂを検出することができた場合は、当該外形２０Ｂを反映した状態の検出結果を得ることができる。この場合、走行制御部は、移動体２Ａを目標位置ＧＰまで走行させるときには、移動体２Ａの外形２０Ａが移動体２Ｂの外形２０Ｂとの干渉を回避するように制御を行うことができる。その一方、レーザセンサ３Ａが実際に移動体２Ｂの外形２０Ｂを検出することができず、レーザセンサ３Ｂだけを検出した場合、走行制御部は、外形２０Ｂが反映されていない検出結果に基づいて、走行制御を行わなくてはならない。この場合、走行制御部は、移動体２Ａの外形２０Ａが移動体２Ｂのレーザセンサ３Ｂとの干渉を回避するような制御を行うものの、外形２０Ｂとの位置関係を考慮せずに走行制御するため、移動体２Ａの外形２０Ａと移動体２Ｂの外形２０Ｂとが干渉してしまう可能性がある。そして、走行制御部が、当該干渉を回避できるような制御処理を行おうとする場合、外形２０Ｂを演算に組み込むための、特別な回避制御処理を行う必要性が生じてしまう。

これに対し、本実施形態に係る走行制御システム１００においては、各々の移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃには、当該移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの周囲の状況を検出するレーザセンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃが設けられる。また、走行制御部１３は、レーザセンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃによる検出結果、及び予め取得された地図データに基づいて、各々の移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの走行を制御する。ここで、補正部１２は、各々の移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外形情報と、レーザセンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃによる検出結果を比較して、当該検出結果を補正する。この場合、レーザセンサ３Ａが、実際には他の移動体２Ｂ，２Ｃの外形２０Ｂ，２０Ｃを検出していなかった場合であっても、補正部１２は、他の移動体２Ｂ，２Ｃの外形情報を反映するように、検出結果を補正することができる。走行制御部１３は、外形情報を反映するように補正された検出結果を用いることで、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ同士の干渉を回避するような走行制御を容易に行うことができる。以上より、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの走行性能を向上することができる。

補正部１２は、一の移動体２Ａのレーザセンサ３Ａに対する他の移動体２Ｂ，２Ｃの検出箇所（レーザ点）の距離と、一の移動体２Ａのレーザセンサ３Ａに対する他の移動体２Ｂ，２Ｃの外形２０Ｂ，２０Ｃの距離と、を比較することによって検出結果の補正を行ってよい。これにより、補正部１２は、距離を比較するだけで容易に検出結果の補正を行うことができる。

レーザセンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃはレーザを用いて移動体の周囲の状況を検出し、走行制御部１３は、レーザを用いてレーザセンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃで検出した検出結果と地図データとをマッチングすることで推定された移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの位置を用いて、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの走行を制御してよい。このような構成では、例えばＳＬＡＭという自己位置推定技術を用いて、レーザセンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃがレーザを用いて検出を行うだけで、各移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの位置と姿勢の情報を容易に取得することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、各移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外形は同一のものであったため、補正部１２は、移動体２Ｂ，２Ｃの外形２０Ｂ，２０Ｃを自己の移動体２Ａの外形と仮定して、補正を行っていた。これに代えて、複数の移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、各々の移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外形情報を互いに共有してよい。この場合、補正部１２が検出結果の補正を行うときに、各々の移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外形情報を正確に反映した上で、補正を行うことができる。

具体的には、図８（ａ）に示すように、移動体２Ｂ，２Ｃが自己の移動体２Ａとは異なる外形２０Ｂ，２０Ｃを有していた場合でも、補正部１２は、共有した外形情報に基づいて、移動体２Ｂの固有の外形２０Ｂ（ここでは三角形）を仮想的に設定し、移動体２Ｃの固有の外形２０Ｃ（ここでは六角形）を仮想的に設定することができる。これにより、図８（ｂ）に示すように、補正部１２は、各移動体２Ｂ，２Ｃに固有の外形２０Ｂ，２０Ｃを反映した形にて、検出結果を補正することができる。

上述の実施形態では、移動体２の周囲の物体を検出する検出部としてレーザセンサが例示されていたが、検出部の具体的構成は特に限定されるものではない。例えば、検出部としてカメラが採用されてもよい。カメラは、取得した画像の画像処理を行うことで、物体を検出すると共に、当該物体までの距離などの情報を検出することができる。例えば、画像中に写された物体のエッジを検出することで、物体の検出が可能である。また、検出部は、レーザセンサとカメラの組み合わせによって構成されてもよい。例えば、検出部は、物体の検出をカメラの画像に基づいて行い、物体との距離の計測をレーザセンサの結果を用いて行ってもよい。その他、検出部は、ミリ波レーダなどのセンサによって構成されてもよい。

上述の実施形態では、移動体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの座標としての座標点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣは、レーザセンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃの中心位置に設定されるものとしたが、移動体に対するレーザセンサの取り付け位置をレーザ点の取得された情報に反映させていればよく、中心位置に設定されることに限られない。

２…移動体、３…レーザセンサ（検出部）、１２…補正部、１３…走行制御部、１００…走行制御システム。

Claims (3)

1. 複数の移動体の走行を制御する走行制御システムにおいて、
   各々の前記移動体に設けられ、当該移動体の周囲の状況を検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果、及び予め取得された地図データに基づいて、各々の前記移動体の走行を制御する走行制御部と、
   各々の前記移動体の外形情報と、前記検出部による前記検出結果を比較して、当該検出結果を補正する補正部と、
   他の移動体の位置をサーバから入手する手段と、を備え、
   前記補正部は、一の前記移動体の前記検出部に対する他の前記移動体の検出箇所の距離と、一の前記移動体の前記検出部に対する他の前記移動体の外形の距離と、を比較することによって前記検出結果の補正を行い、
   前記検出部はレーザを用いて前記移動体の周囲の状況を検出し、
   前記走行制御部は、前記レーザを用いて前記検出部で検出した前記検出結果と前記地図データとをマッチングすることで推定された前記移動体の位置を用いて、前記移動体の走行を制御し、
   前記補正部は、前記他の移動体の位置に対して前記他の移動体の外形を設定する、走行制御システム。
2. 前記補正部は、前記一の移動体の前記検出部に対する前記他の移動体の検出箇所の距離と、前記一の移動体の前記検出部に対する前記他の移動体の外形の距離と、を比較し、前記一の移動体の前記検出部に対する前記他の移動体の外形の距離が短い場合は、前記検出部による検出結果が前記一の移動体の前記検出部に対する前記他の移動体の外形の距離となるように当該検出結果を補正する、請求項１に記載の走行制御システム。
3. 複数の前記移動体は、各々の前記移動体の前記外形情報を互いに共有する、請求項１又は２に記載の走行制御システム。

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