JPS6234784A - 移動体の移動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 移動ロボット等の移動制御に利用する。

［従来の技術１ 移動ロボットは、人聞が行うことが危険或は困難な、移
動を伴う作業を、人間に代って遂行するものである。

従って、移動ロボットの設計に当っては、−移動する他
の物体、例えば人や車、他の移動ロボット等との衝突を
回避すべく、他の移動体の移動に対応して速やかに実ｌ
ｌ、Ｖ間で自身の移動を制御し得る移動体の移動！へ方
法の開発が不可欠である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに従来は、静止障害物を検出し、この障害物との
衝突を回避することは考えられているがこのような移動
障害物に対し、充分な即応性を有１゛る有効な移動制０
Ｉ１７′Ｉ法は開発されていなかった。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたちのであっ
て、移動ロボットが移動しながら他の移動体である移動
障害物を検出し、そのまま移動した場合にその移動体と
衝突することになるか否かを、時々刻々に極めて速やか
に推定することができ、かつその推定に基づいて、加速
、減速、方向転換等、衝突回避のための移動速度の制御
を行い得る移動体の移動制御方法を提供することを目的
としている。

（ロ）発明の構成 Ｅ問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の移動体の移動制御方法
は、移動体が他の移動障害物との衝突を回避する移動制
御方法であって、前記移動体はその中心位置Ａから等距
離にある点からなる図形の形状を有するとみなしかつ前
記移動障害物はその中心位置Ｂから等距離にある点から
なる図形の形状を有するとみなしたときの点Ａから見た
点Ｂの相対位置と相対速度とを測定しかつ前記移動障害
物の半径ｒ２を推定し相対位置と相対速度の内積が負の
場合に、これらの測定値・推定値と前記移Ｏノ体の半径
ｒ１とを用いて点Ｂが前記相対位置から前記相対速度で
直進した場合の道路に当るｌＩＪ線と点Ａとの距離りを
５１算し、Ｄとｒ１＋「２を比較し、Ｄがｒ　１　＋　
ｒ　２より小さいとぎにはＤがｒ　１　＋　ｒ　２より
大きくなるように前記移動体の速度を変化させるという
操作を時々刻々行うことを特徴としている。

以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。

まず、移動体である移動ロボットと移動障害物とが２次
元空間で移動する場合を考える。即ち、移動ロボットと
移動障害物とを移動［１ホツトの歩行面と平行な一定平
面上を運動する平面図形と考え、その衝突回避を考える
。

まず、移動ロボッＩ〜の形を半径ｒ１の円で近似する。

この円としては、移動ロボットの外接円でもよいし、或
は半径に余裕をもたせた、移動ロボットを内包する円で
もよい。

一方、移動障害物も半径ｒ２の円で近似する。

ここで、移動障害物の仝休の形や大ぎさは移動ロボッ１
〜には検出できない。即ら、移動ロボットが移動障害物
を検出する方法は、第３図に示すように、移動ロボット
１の１点の発光点Ａがら移動Ｄボッ１−の周囲の空間に
レーザ光や超音波の細いビーム２を発して、発光点Ａの
回りに回転しつつ走査し、その反射の有無、反射部分の
中心角θ、反射に要する時間によって移動障害物３の有
無、大きさと位置を推定するものであり、レーザ光等の
反射の得られない陰の部分３ａの形や大きさは検出でき
ない。そこで、移動障害物の仝休が円であると見なした
場合の半径ｒ２を、レーザ光等の反射部分の大きさから
大きめに推定して、移動障害物３を半径ｒ２の円で近似
するものである。

移動障害物３の時々刻々の位置、即ち前記半径ｒ２の円
の中心の位置（Ｘ　２（１）、Ｖ２（１））、及び速度
２　　（Ｘ’　２　（ｊ）　、　ｙ′２　（ｊン）は、
前記レーザ光等を用いた測定により１ｑられるがら、問
題は、第４図に示すような半径ｒ１、中心の位置ベクト
ル６式（ＸＩ　、　Ｖｌ　）、速度１　＝　ａ　Ｓ　＋
ｂ　ｊで移動し移動ロボット１を近似する円Ｃ１と、半
径ｒ２、中心の位置ベクトルＵ（ｘ２．ｙ２）　、速度
２＝ｃｉ＋ｄｊで移動し移動障害物３を近似する円Ｃ２
とは、移動ロボット１がそのままｉｒｉ進する場合に衝
突するが否かをチェックする問題に置きかえられる。こ
こに、ｉ、ｊはそれぞれＸ＠、ｙＮｈ向の大きざ１のベ
クトルとし、 （ｘｌ−ｘ２）　　＋　（ｙｌ−ｙ２　）２＞　（ｒ１
＋　ｒ２　） とする。

更に、両者の速度を考える代りに移動ロボットから見た
移動障害物の相対速度のみを考え、移動ロボットの速度
を０、移動障害物の速度を＝ｖ２−１ ＝　（ｃ−ａ）ｉ＋　（ｄ−ｂ）ｊ ＝ｋｉ十ＩＩＵ であると考えても、両者の衝突するが否かについての関
係は同等である。このベタ１〜ルと相対位置ベクトル’
ＫＴＪについて、７ｎ・〉０（ただし・は内積を表′わ
ず）の場合、即ち障害物ＢはロボットΔから遠ざかる方
向に進ｌυでいる場合は、衝突のチェックをする必要が
ない。ＡＢ−ｖくＯの場合には、詳しくチェックする必
要が生じる。その場合型に、移動ロボットの半径を０、
即ち移動ロボットを点、物体の半径をｒ＝ｒ１＋ｒ２と
考えても両者間の距離ｄＡＢは変らないから両者の衝突
するか否かについての関係は同等である（第５図）。

従って問題は、点へと点Ｂの相対位置ベクトルに百と相
対速度について内偵に百・〈０の時に中心Ｂ（ｘ２．ｙ
２）、半径ｒ＝ｒ１＋ｒ２の円Ｃが速度一２−１で移動
するどきに円Ｃの進路に当たる領域、即ち、第５図に斜
線で示した、点Ｂ（ｘ２．ｙ２）が移動障害物の相対速
度で移動するときの進路に当たる直線ｍからの距離がｒ
以下である帯状の領域Ｌ１の中に点△（ｘｌ、Ｖｌ　）
が含まれるか否かをチェックする問題に帰着される。

直線ｍの方程式は ｍ：ｊ！　（ｘ　　Ｘ２　）　　ｋ　（Ｖ　　Ｖ２　）
＝０であるから、直線ｍと点Ａ　（ｘｌ、ｙｌ）との距
離りは Ｄ＝　ｌ　１　（ｘｌ−ｘ２）　−ｋ　（ｙｌ−ｙ、、
　）　１１５Ｔ万７ ＝Ｉｋ（ｙ２　　Ｖｌ）−ｊ　（Ｘ２　　Ｘｌ　）　Ｉ
／２“　　　　　　　・・・（１） で与えられ、 Ｄ≦ｒ ならば、移動ロボットがこのまま進むと衝突する、［）
＞ｒ ならば、移動ロボットがこのまま進んで衝突しない、と
推定する。

第５図に示ず場合は、Ｄ＜ｒであり、移動ロボットがこ
のまま進むと衝突するが、移動ロボットがただちに停止
すれば円Ｃの進路は２の方向となり、破線ｐ１　、　ｌ
）２で挾まれる内側の領域し。

となり、これは点へを含まないから衝突は回避される。

第５図の場合は、移動ロボットは必ずしも停止する必要
はなく、減速即ち、１と同じ方向でＶ　より小さな大き
ざをもつ速度３にすることによっても衝突は回避される
。即ち移動障害物の相対速度を１−３として、これと平
行な一点鎖線で示ず直線Ｑ１．ｑ２で挾まれる内側の領
域Ｌ１が円Ｃの進路であるようにしたとぎ、領域Ｌ１に
点Ａが含まれないようにすればよい。

同様に増速によっても衝突は回避される。即ち４に増速
し移動障害物の相対速度を１−４として、これと平行な
二点ｇｔ線Ｓ１．Ｓ２で挾まれる内側の領域Ｌ２が円Ｃ
の進路であるようにしたとさ、領域Ｌ２に点Ａが含まれ
ないようにすれば良い。これらの減速・増速が移動ロボ
ットにとって不可能な急減速や不可能な速度への増速と
なる場合は方向転換を行うこととなる。実際、第５図の
場合方向転換して速度５にすれば、速さは増減ぜずにそ
のままで、円Ｃの進路領域は、ｖ４に増速した場合と同
じＬ２となる。

従って、移動障害物の検出は、移動ロボットがその移動
空間で遭遇することが予想される移動障害物との距離が
前記した減速・増速若しくは方向転換を許容する距離で
ある時点で行うものとする。

ところで前記推定には、両者が円で近似されたことに起
因する不正確さがあるが、時々刻々この推定を行いつつ
移動することが可能ならば移動障害物に接近するに従っ
て移動ロボットから見えなかった陰の部分も、衝突の対
象となる時点以前に移動ロボットから見える部分に入る
ことになるから、最終的には実時間で正しい推定を得る
ことができることは明らかである。

さて、（１）式において、（ｋ、ｊりは移動ロボットか
ら見た移動障害物の相対速度ベクトルの成分を表し、ま
た（Ｘ２　　Ｘｌ　、　Ｖ２　　Ｖｌ　）は移動ロボッ
トの位ＭＡ（×１．ｙｌ）が原点となるように座標軸を
平行移動したときの移動障害物の座標、即ち移動ロボッ
トから見た移動障害物の相対位置であることは重要であ
る。即らとおけば であるから Ｄ＝　ｌ　ｘ’　（ｔ）　ｙ（ｔ）　−ｙ’　（ｔ）　
ｘ（ｔ）　　ｌ・・・（２） となり、式（２）によれば第１図に示すような簡単なシ
ステム構成で、衝突するか否かの判別が高速で実時間で
可能となる。（但し第１図にお（〕る微分は、相対速度
が別途センサから求められる場合は必要ない。） このシステム構成は３次元にも簡単に拡張できる。

即ち、移動ロボットを中心の位置Ａ （ｘ　　、ｙ　　、ｚ　　）、半径ｒ１の球、移動障害
物を中心の位１ｆｆＢ　（ｘ２　、　ｙ２　、　ｚ２　
）、半径ｒ２の球で近似し、 とおく。相対速度ベクトルと位置ベクｌ〜ルの内積Ｐ＝
ｘ（ｔ）　ｘ’　（ｔ）　＋Ｖ（ｔ）　Ｖ’　（ｔ）＋
ｚ（ｔ）　ｚ’　（ｔ） が負の場合にのみ衝突の可能性がある。その時、点Ｂが
移動ロボットからみた移動障害物の相対速度で移動した
場合の進路に当たる 直線：　（ｘ−ｘ２）／ｘ’　（ｔ） ＝　（ｙ−ｙ２　）／ｙ’（１） ＝　（ｚ　　ｚ２　）　／　ｚ’　（ｔ）と点Ａ（ｘｌ
、ｙｌ、ｚｌ）との距離りは・・・（３） であるから、 Ｄ　＞　ｒ　１　＋　ｒ　２ならば衝突しない、Ｄ≦ｒ
　１　＋　ｒ　２ならば衝突する、と推定するものであ
り、第２図に示す通りである。

以上に説明した移動障害物を回避するための移動制御方
法を、実際に移動ロボットのコンピュータが実行するた
めの流れ図を移動障害物対処ナヴイゲーション（ｎａＶ
ｉＱａｔｉＯｎ）として、第６図（ａ）及び（ｂ）に示
す。

移動ロボットの移動には、通常その予定された移動経路
に沿ってランドマーク（１ａｎｄ＋＋ａｒｋ）を設定し
、この移動経路をランドマークで区切られた幾つかの短
い区間に分割し、移動［１ボツトはこのランドマークを
各区間における目標、即ちサブコールとして移動する。

従って第６図はサブコール間のナヴイゲーションとして
記されている。検出した移動障害物に対し、減速、停止
、増速のいずれでかで対処するが、これらのいずれでも
安全でない場合は、方向転換してサブゴールへの待避経
路を設計することになる。ここで「安全か」にＹｅｓ、
　Ｎｏの判断を与えるとぎ、第１図に示した本発明の判
別方法を用いる。リブゴールに達すればＥ　ｘ　ＩＴＰ
にゆぎ、予定に従って次のランドマークに目標を移す。

回避不能な移動障害物である場合はＥ　Ｘ　ＩＴＩにゆ
き、別のランドマークにザブゴールを変更する、従って
サブゴールのシーケンスを大局的に再決定することにな
る。

このような、第６図のナヴイゲーションを部分として含
む全体の流れ図を第７図に示す。

（ハ）発明の効果 以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、他の
移動体の移動に対応して速やかに実時間で自身の移動を
制御し得る移動体の移動制御方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の移動体の移動制御方法の基本となる
移動障害物との衝突の可能性を判別する方法を２次元空
間の場合について示す流れ図、第２図はこの発明の移動
体の移動制御方法の基本となる移動障害物との衝突の可
能性を判別する方法を３次元空間の場合について示す流
れ図、第３図は移動ロボットが移動障害物を検出する仕
方を示す平面説明図、第４図は移動［１ボツトと移動障
害物を円で近似した平面説明図、第５図は移動ロボッ］
・から見た移動障害物の相対位置・相対速度と衝突の可
能性の関係を示す説明図、第６図（ａ）、（ｂ）は移動
障害物対処ナヴイゲーションを示す流れ図、及び第７図
は第６図の移動障害物対処ナヴイゲーションを含む全体
のナヴイゲーションを示す流れ図である。 １・・・移動ロボット　　２・・・ビーム　　３・・・
移動障害物 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動体が他の移動障害物との衝突を回避する移動制御方
   法であって、前記移動体はその中心位置Ａから等距離に
   ある点からなる図形の形状を有するとみなしかつ前記移
   動障害物はその中心位置Ｂから等距離にある点からなる
   図形の形状を有するとみなしたときの点Ａから見た点Ｂ
   の相対位置と相対速度とを測定しかつ前記移動障害物の
   半径ｒ＿２を推定し相対位置と相対速度の内積が負の場
   合に、これらの測定値・推定値と前記移動体の半径ｒ＿
   １とを用いて点Ｂが前記相対位置から前記相対速度で直
   進した場合の進路に当る直線と点Ａとの距離Ｄを計算し
   、Ｄとｒ＿１＋ｒ＿２を比較し、Ｄがｒ＿１＋ｒ＿２よ
   り小さいときにはＤがｒ＿１＋ｒ＿２より大きくなるよ
   うに前記移動体の速度を変化させるという操作を時々刻
   々行うことを特徴とする移動制御方法