JP7351609B2 - 経路探索装置及びプログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明を適用した移動制御システム1000の概略構成を示した図1を参照し、本発明の実施の形態の構成を説明する。
移動制御システム1000は、管理装置100、及び複数台の自律飛行ロボット200を有する。管理装置100と自律飛行ロボット200の間は所定の閉域網(無線LAN等)を介して通信する。なお、管理装置100が、経路探索装置の一例である。
自律飛行ロボット200は、例えば、クアッドロータ型の小型無人ヘリコプタである。なお、クアッドロータ型の小型無人ヘリコプタに限定されるものではなく、シングルロータ型の小型無人ヘリコプタについても同様に適用することができる。
位置・姿勢センサ210は、自律飛行ロボット200の現在位置および姿勢を取得するためのセンサである。位置・姿勢センサ210は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)等の航法衛星(人工衛星)から送信される電波(航法信号)を受信する受信機、加速度を計測する加速度センサ、方位を計測する電子コンパス、および角速度を計測するジャイロセンサを備えている。具体的には、位置・姿勢センサ210において、受信機が複数の航法衛星から送信される航法信号を受信して制御部240に出力するとともに電子コンパスおよびジャイロセンサによる計測信号を制御部240に出力する。
通信部220は、管理装置100との間で通信するための通信モジュールである。
記憶部230は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等の情報記憶装置である。
4つのロータ260と、その回転軸がそれぞれ対応するロータ260に連結された4つのモータ250からなる4つのユニットが自律飛行ロボット200に搭載されている。
管理装置100は、飛行空間内の所定位置に設置され、自律飛行ロボット200の飛行先である目標位置を決定し、自律飛行ロボット200から受信した現在位置に基づいて、現在位置から目標位置に至る飛行経路を求め、自律飛行ロボット200に送信する。
通信部110は、自律飛行ロボット200との間で通信するための通信モジュールである。
記憶部120は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等の情報記憶装置である。
飛行可能空間情報121は、自律飛行ロボット200が飛行可能な三次元空間の空間範囲(立体)を表す座標データからなる情報である。飛行可能空間情報121は、自律飛行ロボット200が飛行する空間内に存在する障害物の位置や形状に基づいて生成される。障害物以外にも、自律飛行ロボット200の所有者の敷地や、行政機関によって規定される飛行可能高度帯などといった、自律飛行ロボット200が飛行範囲を制限する情報に基づいて生成してもよい。
位置情報122は、自律飛行ロボット200の現在位置及び目標位置を示した情報である。
ノード位置情報123は、飛行可能空間情報121に基づいて可視グラフ算出手段134によって生成される情報であり、飛行可能空間情報121によって規定される立体の各頂点の位置がノード位置として求められる。ノード位置情報123は、ノードの識別子とノード位置とを対応付けたテーブルとして記憶される。ノード位置情報123は、例えば、図4に示すようなテーブル構造であり、ノードの識別子「N1」とノード位置(x1、y1、z1)とが対応付けられ、ノードの識別子「N2」とノード位置(x2、y2、z2)とが対応付けられ、ノードの識別子「N3」とノード位置(x3、y3、z3)とが対応付けられている。
可視グラフ情報124は、ノード位置情報123と飛行可能空間情報121とに基づいて可視グラフ算出手段134にて生成される情報であり、ノード位置情報123にて規定された各ノードから、可視となる他のノードとの間をエッジで接続したグラフである。ここで「可視」とは、ノード間を結ぶ直線(線分)が飛行可能空間外に干渉しない状態のことをいう。
経路テーブル125は、ノード位置情報123と可視グラフ情報124とに基づいて経路グラフ算出手段138にて算出される情報であり、各ノードから他のノードまでに最短で到達するノードの組み合わせと、当該組み合わせで移動した場合の総距離とを対応付けた情報である。総距離は、ノード位置情報123を用いて幾何学的に算出される。
経路グラフ情報126は、可視グラフ情報124と経路テーブル125とに基づいて経路グラフ算出手段138にて算出される情報であり、現在位置(開始ノードS)から目標位置(目標ノードG)に至る距離が最小となる経路上のノードの組み合わせを示した情報である。後述する図9(b)の例では、経路グラフ情報126は(S、N10、N6、G)となる。
経路情報128は、経路グラフ情報126、ノード位置情報123、及び飛行可能空間情報121に基づいて経路算出手段140にて算出される情報であり、現在位置から始まり、各中間ノードの位置を経由し、目標位置に至る経路上の各位置の三次元座標のリストである。
制御部130は、CPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータであり、記憶部120からプログラムやデータを読み出し、プログラムに従って、目標位置設定手段132、可視グラフ算出手段134、経路テーブル算出手段136、経路グラフ算出手段138、及び経路算出手段140等として機能する。
目標位置設定手段132は、各自律飛行ロボット200の目標位置を設定し、機体IDに対応付けて位置情報122に記憶する。
可視グラフ算出手段134は、記憶部120から飛行可能空間情報121を読み出し、飛行可能空間情報121にて規定される空間を表す立体の角(頂点)にノードを設定し、各ノードの識別子と座標とを対応付けてノード位置情報123に記憶する。
経路テーブル算出手段136は、ノード位置情報123と可視グラフ情報124とに基づいて、経路テーブル125を算出する。
経路グラフ算出手段138は、位置情報122とノード位置情報123と可視グラフ情報124と経路テーブル125とに基づいて、開始ノードSから目標ノードGまでに最短で到達する経路上のノードの組み合わせを計算し、経路グラフ情報126として記憶する。このとき、経路テーブル125を用いることで、開始ノードSから目標ノードGに至る最短距離となる経路上のノードの組み合わせを高速に求めることができる。
経路算出手段140は、経路グラフ情報126、ノード位置情報123、及び飛行可能空間情報121に基づいて現在位置から目標位置に至る最短経路を算出する。
b)「ノードN10の位置からノードN9に向かう方向」
c)「ノードN10の位置からノードN6に向かう方向」
以下、図11、図13に示したフローチャートを参照しつつ、本発明を適用した移動制御システム1000による経路テーブル生成処理、経路探索処理の動作を説明する。
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、管理装置が備える全ての機能を、特定の自律飛行ロボットが備えるように構成してもよい。この場合、図14に示すように、自律飛行ロボット300は、位置・姿勢センサ210、通信部220、記憶部330、制御部340、モータ250、及びロータ260を備え、記憶部330に記憶される各種データには、位置・姿勢情報232、経路情報234だけでなく、飛行可能空間情報121、ノード位置情報123、可視グラフ情報124、経路テーブル125、経路グラフ情報126等が含まれる。
110 通信部
120 記憶部
121 飛行可能空間情報
122 位置情報
123 ノード位置情報
124 可視グラフ情報
125 経路テーブル
126 経路グラフ情報
128 経路情報
130 制御部
132 目標位置設定手段
134 可視グラフ算出手段
136 経路テーブル算出手段
138 経路グラフ算出手段
140 経路算出手段
200、300 自律飛行ロボット
210 位置・姿勢センサ
220 通信部
230、330 記憶部
232 位置・姿勢情報
234 経路情報
240、340 制御部
242 位置・姿勢算出手段
244 飛行制御手段
250 モータ
260 ロータ
1000 移動制御システム
Claims (6)
- 三次元の空間内における、開始位置から目標位置に至る飛行ロボットの移動経路を求める経路探索装置であって、
前記空間内の障害物の位置に基づいて生成された移動可能空間を記憶し、かつ、前記移動可能空間を表す立体の各頂点をノードとし、各ノードについて、当該ノードから前記移動可能空間内の線分にて接続可能な他のノードをエッジにて連結した可視グラフを記憶した記憶部と、
前記可視グラフに前記開始位置および前記目標位置から前記移動可能空間内の線分にて接続可能な前記ノードへのエッジを加えたグラフにおいて、前記開始位置から前記目標位置に至る最短経路上の前記ノードを前記エッジで連結した経路グラフを求める経路グラフ算出手段と、
前記経路グラフを用いて前記移動経路を求める経路算出手段と、
を備え、
前記移動可能空間は、複数の直線で囲まれ規定された前記障害物の位置を除く敷地面内の水平範囲を第1面とし、前記第1面上の空間における前記飛行ロボットの飛行が許可された高度限界値の水平範囲を第2面とし、前記第1面及び前記第2面と複数の平面からなる側面とによって囲まれた多面体の空間であることを特徴とする経路探索装置。 - 前記経路算出手段は、前記経路グラフを構成するノードの位置を、前記移動可能空間を表す立体の辺上に沿って変位させることによって前記エッジで表される経路を最短化させ前記移動経路を求め、
変位対象のノードの位置を変位させる際に、当該変位対象のノードに接続された他の2つのノードに至る線分が前記移動可能空間内から外れない方向に当該変位対象のノードの位置を変位させる請求項1に記載の経路探索装置。 - 前記経路算出手段は、変位対象のノードに接続された他の2つのノードまでの距離の和が最小となる位置まで当該変位対象のノードを変位させる請求項2に記載の経路探索装置。
- 前記経路算出手段は、変位対象のノードに接続された他の2つのノードに至る線分のなす角度が減少する方向に当該変位対象のノードの位置を変位させる請求項2又は3に記載の経路探索装置。
- 前記経路算出手段は、変位対象のノードの各々の変位量が閾値以下となるまで前記変位を繰り返すことにより前記移動経路を求める請求項2から請求項4の何れか一項に記載の経路探索装置。
- 三次元の空間内における開始位置から目標位置に至る飛行ロボットの移動経路を求めるためのプログラムであって、
前記空間内の障害物の位置に基づいて生成された移動可能空間を記憶し、かつ、前記移動可能空間を表す立体の各頂点をノードとし、各ノードについて、当該ノードから前記移動可能空間内の線分にて接続可能な他のノードをエッジにて連結した可視グラフについての可視グラフ情報を記憶した記憶部を含むコンピュータを、
前記可視グラフに前記開始位置および前記目標位置から前記移動可能空間内の線分にて接続可能な前記ノードへのエッジを加えたグラフにおいて、前記開始位置から前記目標位置に至る最短経路上の前記ノードを前記エッジで連結した経路グラフを求める経路グラフ算出手段、及び
前記経路グラフを用いて前記移動経路を求める経路算出手段
として機能させるためのプログラムであって、
前記移動可能空間は、複数の直線で囲まれ規定された前記障害物の位置を除く敷地面内の水平範囲を第1面とし、前記第1面上の空間における前記飛行ロボットの飛行が許可された高度限界値の水平範囲を第2面とし、前記第1面及び前記第2面と複数の平面からなる側面とによって囲まれた多面体の空間であるプログラム。
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