KR20090032130A

KR20090032130A - 이동 장치

Info

Publication number: KR20090032130A
Application number: KR1020097003388A
Authority: KR
Inventors: 겐지로오 야마모또; 사꾸 에가와; 다까시 쯔보우찌; 이재훈
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-03-31
Anticipated expiration: 2027-09-10
Also published as: US8239084B2; US20100235033A1; KR101200209B1; WO2008032673A1; JP5112666B2; JP2008065755A

Abstract

이동 장치(70)에 있어서, 실시간으로 장해물(71)의 검출과 매끄러운 회피 궤도의 계산을 행하기 위해, 검출한 장해물(71)을 단순 도형으로서 근사한 장해물 가상 존재 영역(72)을 결정하고, 충돌 예측을 행한다.

이동 장치, 장해물, 외부 센서, 센싱 영역, 경유점

Description

이동 장치 {MOVING DEVICE}

본 발명은 이동 장치에 관한 것으로, 특히 정지 혹은 이동하고 있는 장해물이 존재하는 환경에서 작업을 행하는 이동 장치에 적합한 것이다. 본 발명은 사람이나 그 밖의 고속의 이동 장치나, 정적 혹은 동적인 장해물이 존재하는 환경하에서, 사람과 동등 이상의 속도로 이동 가능한 이동 장치에 이용할 수 있고, 자동 반송 장치, 자동 청소 장치, 경비 로봇, 이 밖에 옥외의 부정지(不整地)를 이동하는 구조 장치 및 탐사기나 자동 운전 차량, 공장, 병원, 오피스, 도로, 부정지 등 다양한 환경에서의 서비스 로봇 등에 이용할 수 있다.

최근, 계산 기술, 센싱 기술, 통신 기술 등 다양한 전자 기술의 발전에 따라서, 특정 환경에서 사람이 행하는 작업의 자동화 기술이 급속하게 진보하고 있다. 이 중, 현재 사람의 조종을 수반하지 않고 자동적으로 이동하는 장치인 자율 이동 장치의 실용화 개발도 왕성하게 행해지고 있다. 실용화되어 있는 자율 이동 장치에는, 자동 반송 장치, 자동 청소 장치, 경비 로봇 등이 있다. 이들은 기본적으로 정지(整地) 또한 정비된 환경 내를 주행하는 것이지만, 옥외의 부정지를 이동하는 구조 장치 혹은 탐사기, 도로를 주행하는 자율 운전 차량, 역이나 오피스 등 사람이 존재하는 복잡한 환경에서 작업을 행하는 로봇과 같은 자율 이동 장치의 실용화 가 기대되고 있다. 이러한 상황하에서, 작업 환경 내에 장해물이 있는 경우라도 자율적으로 그것을 피하여 이동하는 것을 가능하게 하는 장해물 회피 기술의 수요가 높아지고 있다.

국소적인 작업 환경에 있어서 미인지된 정지 장해물을 회피하는 종래 기술에는, 디지털 그래프 탐색법(예를 들어, 특허 문헌 1 참조), 스텝 탐색법(예를 들어, 특허 문헌 2 참조), 포텐셜법(예를 들어, 특허 문헌 3 참조) 등이 개시되어 있다. 디지털 그래프 탐색법은, 작업 환경을 작은 격자로 분할하고, 장해물이 없는 격자만을 이동하면서 목적지에 도달하는 순서를 탐색하는 기술이다. 스텝 탐색법은, 이동 장치를 스텝마다 제어하고, 다음 스텝으로서 장해물이 없는 영역의 점을 선택하여 장해물의 주위를 우회하는 기술이다. 또한, 포텐셜법은 장해물의 존재 영역에 높은 포텐셜장, 목적지에 낮은 포텐셜장이 있다고 가정하고, 장해물로부터 척력과 목적지로부터 인력의 합력을 이용하여 이동 장치를 제어하는 기술이다. 특히 특허 문헌 3에서는, 이동 장해물의 존재 확률을 포텐셜장에 반영시킨 확률 포텐셜장을 이용함으로써 이동 장해물의 회피를 가능하게 하는 것을 개시하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2003-266349호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 평7-64633호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2003-241836호 공보

전술한 바와 같이, 다양한 환경에서의 자율 이동 장치의 활약이 기대되고 있지만, 특히 사람 대신에 작업을 수행한다고 하는 관점에서, 사람이나 다른 고속의 이동 장치가 존재하는 환경하에서, 사람과 동등 이상의 속도로 이동 가능한 자율 이동 장치의 요구가 있다. 그러기 위해서는 고속으로 이동하는 장해물을 피하면서 스스로도 고속으로 이동할 필요가 있고, 이것을 실현하기 위해서는 실시간의 장해물 검출과 회피 궤도 계산을 행하고, 또한 동시에 고속으로 이동 중에 있어서도 이동 장치가 안정적으로 주행 가능한 연속된 매끄러운 궤도를 생성할 필요가 있다. 예를 들어 사람이 통상적으로 걷는 정도인 약 1.3m/s 정도의 속도로 이동하는 경우, 동등한 속도로 이동하는 이동 장치와 사람이 스쳐 지나가는 상황에서는 2m/s 이상의 속도로 서로 접근하므로, 사람과 공생하기 위해서는 100 내지 수 100ms 정도 이하의 짧은 시간에 회피 궤도를 생성하고, 바로 주행 궤도를 수정하는 것을 가능하게 할 필요가 있다.

그러나, 상술한 디지털 그래프 탐색법이나 스텝 탐색법과 같은 종래 기술에서는, 정지 장해물만을 대상으로 하고 있어, 이동 장해물에 대응할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 디지털 그래프 탐색법이나 포텐셜법과 같은 종래 기술에서는, 실시간 계산에 한계가 있다고 하는 문제가 있다. 또한, 상술한 종래 기술에서는, 이동 장치가 안정적으로 고속 주행 가능한 매끄러운 궤도를 생성할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 이동 장해물이 존재하는 환경하에 있어서도 고속의 이동이 가능해지는 이동 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하와 같은 수단에 의해 실현한다.

(1) 정지 혹은 이동하고 있는 장해물이 존재하는 환경하에서 이동하는 이동 장치에 있어서,

외부 정보를 취득하는 외부 정보 취득 수단과, 상기 외부 정보 취득 수단으로부터의 외부 정보와 상기 이동 장치의 자세 정보를 축적한 시계열(時系列) 정보로부터 외부에 존재하는 물체를 검출하고, 이동에 장해가 될 가능성이 있는 물체인 장해물을 추출하는 장해물 검출 수단과, 상기 장해물 검출 수단에 의해 검출된 하나 혹은 복수의 상기 장해물의 상기 시계열 정보로부터, 장해물의 크기 또는 형상 또는 장해물의 형상 변화와 장해물의 위치 및 이동 패턴을 포함하는 장해물의 특징을 추정하는 장해물 특징 추정 수단과, 상기 장해물의 위치 및 특징과 상기 이동 장치의 자세 정보 및 궤도 정보로부터 당해 장해물과의 충돌 예측을 하는 충돌 예측 수단과, 이 충돌이 예측된 경우, 상기 장해물을 회피하기 위한 장해물의 좌우 혹은 장해물의 주위를 통과하는 경유점(經由点)을 산출하고, 상기 경유점을 지나는 하나 또는 복수의 회피 경로를 계획하는 회피 경로 계획 수단과, 상기 장해물과 간섭하는 일이 없도록 상기 경유점을 조정하고, 또한 상기 이동 장치가 주행 가능한 매끄러운 회피 궤도를 생성하는 회피 궤도 생성 수단을 구비하고, 장해물을 추적하여, 실시간으로 매끄러운 회피 궤도를 생성하도록 한다.

이에 의해, 하나 혹은 복수의 이동 장해물이 존재하는 환경하에 있어서도 고속의 이동이 가능해진다.

(2) 상기 생성한 매끄러운 회피 궤도 정보를 이용하여 상기 이동 장치의 상태 혹은 조작 정보를 화상 혹은 음성을 이용하여 제시 혹은 지시하는 수단과, 상기 생성한 매끄러운 회피 궤도 정보를 이용하여 상기 이동 장치의 방향 제어 상태를 변경하는 조타 수단과, 상기 생성한 매끄러운 회피 궤도 정보를 이용하여 주행 상태를 변경하는 주행 제어 수단 중 적어도 하나를 구비하고, 운전자 혹은 조작자의 지원을 행함으로써, 자동차 등의 차량에 있어서 안전성의 향상이나 실시간의 회피 시뮬레이션이 가능해진다.

(3) 상기 충돌 예측 수단에 의한 상기 장해물과의 충돌 예측, 혹은 상기 회피 경로 계획 수단에 의한 상기 이동 장치 자신의 이동 방향, 이동 속도 변경 또는 상기 경유점의 산출은, 상기 장해물의 위치를 고정하고, 상기 이동 장치가 당해 장해물과의 상대 이동 벡터로 이동하는 공간인 장해물 고정 상대 공간을 이용하여 산출하도록 한다. 이에 의해, 경유점의 계산을 기하학적으로 풀 수 있어, 경유점의 산출, 충돌 예측 및 회피 처리를 고속으로 실현할 수 있다.

(4) 상기 장해물 특징 추정 수단은, 상기 장해물의 형상을 원 또는 다각형 또는 하나 혹은 복수의 직선을 포함하는 단순 도형에 근사하는 수단과, 상기 장해물의 이동 패턴을 등속 직선 이동으로서 근사하는 수단과, 상기 장치 자신의 이동 패턴을 등속 직선 이동으로서 근사하는 수단 중 적어도 하나를 구비한다. 이에 의해, 장해물의 충돌 예측 및 경유점 산출이 비약적으로 용이해진다.

(5) 상기 충돌 예측 수단은, 상기 장해물과 충돌할 위험성이 있는 영역 및 상기 장해물과 상기 이동 장치의 안전 간격을 고려한 영역을 준비하고, 회피의 긴급성에 따라서 이들 영역을 선택하여 사용한다. 이에 의해, 회피 동작의 안전성이 높아진다.

(6) 상기 회피 경로 계획 수단은, 상기 이동 장치의 공주(空走) 기간을 고려하여, 현재의 궤도 상의 소정 기간 후의 위치로부터 새로운 회피 계획을 행함으로써, 현재의 궤도로부터 회피 궤도로 매끄럽게 접속한다. 이에 의해, 현재의 궤도로부터 회피 궤도로의 매끄럽게 접속하는 것이 용이해진다.

(7) 상기 회피 경로 계획 수단은, 상기 복수의 회피 경로로부터 최종적으로 회피 경로를 선택할 때, 최단 경로, 도달 시간 최단, 각도 변화 최소, 속도 변화 최소, 이동 장해물의 후방을 통과하는 것, 회피 경로의 폭의 넓이 중 적어도 하나를 평가하여 우선 순위를 설정한다. 이에 의해, 최적의 경로의 선택이 가능해진다.

(8) 상기 장해물 특징 추정 수단은, 상기 장해물의 형상의 변화가 큰 경우, 큰 변화 부분을 독립된 이동 장해물로서 파악하여 장해물 회피 처리를 행한다. 이에 의해, 충돌 예측 및 회피 처리를 고속으로 실현할 수 있다.

(9) 상기 회피 궤도 생성 수단은, 상기 매끄러운 회피 궤도가 경유점을 주위 8방향으로 어긋나게 한 회피 궤도를 평가하는 것을 반복하고, 곡률의 변화가 매끄럽고 또한 극소가 되는 경유점을 선택함으로써 회피 궤도가 가장 매끄러워지도록 경유점을 이동하여 탐색한다. 이에 의해, 최적의 궤도의 생성이 가능해진다.

(10) 회피 중에는 상기 이동 장치 자신이 장해물과의 간섭을 경감하기 위한 자세로 변경하는 동작 통합 관리부를 구비한다. 이에 의해, 충돌 위험성이 적어지고, 또한 행동 범위가 넓어진다.

(11) 상기 회피 경로 계획 수단은, 장해물을 회피하기 위한 마지막 경유점 이후를, 상기 이동 장치 자신의 이동 목표 방향의 직선 혹은 목적점에 접속한다. 이에 의해, 회피 완료 후에도 안정된 궤도를 생성할 수 있다.

(12) 상기 장해물 검출 수단은, 상기 시계열 정보를, 상기 외부 정보를 취득한 시각, 상기 외부 정보로부터 검출한 물체의 위치, 크기 및 형상, 그 시각의 상기 이동 장치의 자기 위치, 방향 및 자기 자세, 다른 시각의 상기 검출한 물체의 데이터의 관련 정보에 의해 구성한다. 이에 의해, 장해물의 검출, 장해물의 형상 혹은 그 변화와 이동 패턴의 처리를 실현할 수 있다.

본 발명의 이동 장치에 따르면, 이동 장해물이 존재하는 환경하에 있어서도 고속의 이동이 가능해진다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 관한 이하의 본 발명의 실시예의 기재로부터 명백해질 것이다.

도 1A는 본 발명의 제1 실시 형태의 이동 장치의 구성을 설명하는 정면도이다.

도 1B는 도 1의 이동 장치의 측면도이다.

도 2는 제1 실시 형태의 이동 장치의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

도 3은 제1 실시 형태의 장해물 회피 기능을 실현하기 위한 장해물 회피 처리부에 있어서의 처리의 흐름을 도시하는 도면이다.

도 4A는 제1 실시 형태의 장해물 검출 수단의 처리를 설명하는 도면이다.

도 4B는 도 4A의 장해물 검출 수단에 의한 초기 세그먼트 리스트를 설명하는 도면이다.

도 4C는 제1 실시 형태의 장해물 검출 수단의 처리의 흐름을 설명하는 도면이다.

도 5는 제1 실시 형태의 장해물 특징 추정 수단의 처리에 대해 설명하는 도면이다.

도 6A는 제1 실시 형태의 충돌 예측에 대해 설명하는 도면이며, 자기와 장해물의 현재의 위치를 도시하는 도면이다.

도 6B는 진행 방향을 장축으로 한 타원 영역을 고려한 충돌 주의 영역을 도시하는 도면이다.

도 6C는 자기의 개인 공간으로서, 진행 방향을 장축으로 한 타원 영역을 고려한 충돌 주의 영역을 도시하는 도면이다.

도 6D는 장해물과 자기가 함께 직선 등속 이동하는 경우의 충돌 검사에 대해 설명하는 도면이다.

도 7A는 제1 실시 형태의 경유점을 구하는 방법에 대해 설명하는 도면이며, 장해물을 회피하기 위해 자기 이동 벡터를 변경하는 방법의 예를 도시하는 도면이다.

도 7B는 2개의 장해물의 충돌까지의 시간이 접근하고 있는 경우의, 2개의 장해물을 동시에 회피하는 예를 도시하는 도면이다.

도 7C는 현재의 자기 위치와, 현재의 장해물 위치, 최접근시의 자기 위치와 최접근시의 장해물 위치의, 절대 공간상의 위치 관계를 도시하는 도면이다.

도 7D는 개시점으로부터 목표점까지의 사이에 장해물이 존재하는 경우의, 회피 순서의 조합을 도시하는 도면이다.

도 8은 제1 실시 형태의 회피 궤도 생성을 간단하게 설명하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시 형태의 이동 장치를 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 복수의 실시 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

본 발명의 제1 실시 형태의 이동 장치를 도 1 내지 도 8을 이용하여 설명한다.

우선, 본 실시 형태의 이동 장치에 대해 도 1A 및 도 1B를 이용하여 간단하게 설명한다. 도 1A 및 도 1B는 사람이 존재하는 환경하에서 작업을 행하는 것을 목적으로 한 이동 장치(1)의 구성을 설명하는 도면으로, 도 1A는 그 이동 장치(1)의 정면도, 도 1B는 그 이동 장치(1)의 측면도이다.

이동 장치(1)는 도립 진자형 이동 로봇이며, 크게 나누어 이동 기구(2)와 상체(3)로 2분된다. 이동 기구(2)는 좌우의 차륜(4, 5)과, 이들을 회전 구동하는 주행 모터(6, 7)를 구비한다. 이동 기구(2)의 상부에는, 이동 기구(2)의 X, Y, Z축 방향의 가속도를 검출하는 3축의 가속도 센서(9)와, 연직 방향을 기준으로 한 자세 및 연직 방향 주위의 방향을 검출하는 자세 방위 센서(8)가 설치되어 있다. 상체(3)에는 작업용 아암(13)이나, 대인(對人) 인터페이스 기능을 갖는 헤드부(14) 등의 작업 장치가 탑재되어 있다. 또한, 상체(3)에는 로봇 전체를 제어하는 제어 장치(11)가 내장되어 있고, 또한 주행 영역에 존재하는 주행 방향의 장해물의 위치 및 형상을 계측하는 외부 센서(12)가 설치되어 있다.

이상의 구성의 이동 기구(2)와 상체(3)는, X축 방향으로 회전 자유도를 갖는 요동 기구(10)로 결합되어 있고, 요동 기구(10)의 위치 제어에 의해 이동 기구(2)에 대한 상체(3)의 자세를 임의로 설정할 수 있다.

이 이동 장치(1)는 사람의 빨리 걷기의 속도라 일컬어지는 1.6m/s 이상의 속도로 이동하는 것이 가능하다. 그로 인해, 장해물 회피 처리를 매우 고속으로 실시할 필요가 있다. 예를 들어, 동일한 속도의 장해물이 대향하고 있는 경우, 1초 동안에 3.2m 이상 근접하게 된다. 따라서, 장해물 회피 처리 시간은, 공주 기간과 실제로 회피 주행하는 기간을 고려하면 짧은 쪽이 좋고, 예를 들어 100ms 이하가 바람직하다. 또한, 이동 장치(1)가 2륜으로 이동하므로 기민하게 방향 전환을 할 수 있지만, 안정적으로 고속 이동하기 위해서는 매끄러운 주행 궤도를 생성하는 것이 바람직하다.

다음에, 도 2를 이용하여, 본 실시 형태에 있어서의 장해물 회피 처리부(23)와 그 밖의 제어부(20 내지 22)의 관계를 간단하게 설명한다. 도 2는 본 실시 형태의 이동 장치(1)의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

본 실시 형태의 장해물 회피 기능은, 장해물 회피 처리부(23)에서 처리되고, 동작 통합 관리부(20)에 의해 관리된다.

장해물 회피 처리부(23)는 외부 센서(12)로부터 이동 장치 주변의 환경 데이터를 순차 수신하고, 또한 동시에, 동작 통합 관리부(20)로부터 이동 장치(1)의 자 세, 위치, 궤도 등의 데이터를 수취한다. 그리고 장해물 회피 처리부(23)는, 이들 데이터를 기초로 이동 장치 주변의 물체의 위치, 존재 영역, 이동 속도의 계산을 행하고, 이 계산 결과를 기초로 상기 물체의 충돌 계산을 행한다. 이 충돌 계산에서 충돌의 가능성이 있는 경우, 장해물 회피 처리부(23)는 회피 경로 및 회피 궤도의 계산을 행하고, 동작 통합 관리부(20)에 충돌 가능성의 검출 데이터나 회피 궤도 데이터 등을 송신한다.

동작 통합 관리부(20)는 각 제어부(21 내지 23)와 양방향의 통신을 행하고, 와치독(watchdog) 관리, 시각 관리, 데이터 통합 관리, 상태 천이 시퀀스에 따른 동작 타이밍 관리 등을 행한다. 예를 들어, 아암 동작과 주행 동작을 연동하여 행하는 경우, 동작 통합 관리부(20)는 실제로 동작한 궤도나 상태 등의 정보를 아암 제어부(21) 및 주행 제어부(22)로부터 순차 수취하고, 아암(13)이 소정의 위치에 왔을 때에 주행 제어부(22)에 소정의 위치로 이동하는 커맨드를 송신하고, 또한 소정의 주행 조건을 만족시켰을 때에 아암 제어부(21)에 아암 동작 커맨드를 송신한다.

또한, 동작 통합 관리부(20)는 장해물 회피 처리부(23)로부터 충돌 가능성을 시사하는 신호를 수취한 경우는, 현재 주행하고 있는 궤도로부터, 장해물 회피 처리부(23)로부터 송신된 회피 궤도로 소정의 타이밍으로 절환하여 그 궤도 데이터를 주행 제어부(22)에 송신한다. 또한, 동작 통합 관리부(20)는, 이 밖에도 시청각 처리부나 각종 외부 센서 처리부, 또한 음성 처리부, 환경 지도 및 자기 위치 관리부, 주행 데이터 생성부 등의 정보 통합 및 관리를 행하고 있다.

또한, 상기 각 처리부는 설명을 위해 편의상 분할하여 도시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 각 처리는, 물리적으로 하나의 프로세서에서 실시해도, 복수로 분할해도, 또는 각 처리 자체가 복수의 디바이스로 처리되어 있어도 상관없다.

다음에, 도 3 내지 도 8을 참조하면서 이동 장치(1)의 장해물 회피 방법을 설명한다.

장해물 회피 처리부(23)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 외부 정보 취득 수단(31)에서 외부 정보를 취득하고, 이 취득한 외부 정보를 기초로 장해물 검출 수단(32)에서 장해물을 검출하고, 이 검출한 장해물의 특징을 장해물 특징 추정 수단(33)에서 추정하고, 추정한 장해물 특징을 기초로 충돌 예측 수단(34)에서 충돌의 유무를 예측하고, 충돌하는 경우에 회피 경로 계획 수단(35)에서 회피 경로를 계획하고, 이 계획을 기초로 회피 궤도 생성 수단(36)에서 매끄러운 회피 궤도를 생성한다. 이하, 각 수단(31 내지 36)을 구체적으로 설명한다.

우선, 도 3에 도시하는 외부 정보 취득 수단(31)은, 주위의 물체의 크기나 형상과 물체까지의 거리 등의 외부 정보와 그 정보를 취득한 시각 정보를 취득한다. 따라서, 외부 정보 취득 수단(31)은 외부에 존재하는 물체의 위치와 형상을 검출할 수 있는 외부 센서(12)와 그 제어 장치에 의해 구성된다.

외부 센서(12)에는, 레이저 거리 측정기[이하, LRF(Laser Range Finder)라 함], 화상 센서, 광 센서, 초음파 센서, 밀리파 레이더나, 또는 그들을 조합한 것을 이용할 수 있다. 전술한 바와 같이 실시간으로 회피 동작을 개시할 필요가 있 으므로, 센서 처리 시간은 작게 억제할 필요가 있다. 예를 들어, LRF는 적외선 등의 레이저를 임의의 1점을 중심으로 하여 소정의 각도 간격(예를 들어 0.5도 간격)으로 스캔하고, 그 각 점에서 물체까지의 거리를 계측하는 센서이며, 도 4A에 도시하는 점렬(点列)과 같이 소정의 각도 θ로 측정한 물체까지의 거리 데이터 d를 얻을 수 있다. 현재의 기술에서는 LRF를 이용하면, 주위에 존재하는 물체까지의 거리 데이터를 약 10ms 정도로 얻을 수 있다.

그리고 도 3에 도시하는 장해물 검출 수단(32)은, 외부 정보 취득 수단(31)에서 취득한 상기 외부 정보를 이용하여 주위에 존재하는 물체의 검출을 행하고, 그 물체가 장해물인지 여부를 판정한다. 도 4A 내지 도 4C를 이용하여 장해물 검출 수단(32)의 처리를 간단하게 설명한다.

우선, 도 4A의 점의 데이터열로부터 물체(43)나 벽(44)을 검출하기 위해, 예를 들어 거리값 d의 급격한 변화점 등을 검출하여, 연속하는 점을 하나로 묶어 분할하고, 각각 세그먼트(45, 46)로 한다. 도 4A는 이동 장치(41)에 탑재된 외부 센서인 LRF(12)의 레이저 스캔면을 위에서 본 도면이며, 측정된 스캔 데이터를 2차원 좌표계에 플롯한 것이다.

계속해서, 각 세그먼트(45, 46)의 대표 위치(무게 중심 등), 크기, 형상 등의 세그먼트 정보를 계산하고, 도 4B에 도시하는 초기 세그먼트 리스트(47)를 작성한다. 이 초기 세그먼트 리스트(47)에는 스캔 데이터의 번호 등, 본래의 스캔 데이터에의 링크도 기재한다. 이 초기 세그먼트 리스트(47)는 스캔마다 작성된다.

계속해서, 외부 정보를 취득한 시각 정보로부터, 그 시각의 자기 정보를 동 작 통합 관리부(20)로부터 얻는다. 여기서, 자기 정보라 함은, 환경의 소정 위치를 기준으로 한 좌표계(절대 좌표계)에 있어서의 자기의 위치, 방향, 속도, 가속도, 각속도, 아암 등 자기 자세, 파지 혹은 부수되어 있는 것의 존재 영역 등이다.

계속해서, 상기 초기 세그먼트 리스트(47)의 데이터와 상기 자기 정보를 이용하여, 상기 절대 좌표계에서의 위치 관계, 크기, 형상 등의 정보를 바탕으로, 현재 보이는 물체가, 전회 혹은 이전의 스캔에 보였던 어느 세그먼트인지를 판단하고, 관련을 지어 그 결과를 현재의 세그먼트 리스트(48)에 기재한다.

여기서는, 도 4C에 도시하는 바와 같이, 우선 과거의 세그먼트 리스트로부터, 전회의 세그먼트 리스트(49)의 각 세그먼트의 이동 속도 벡터를 예측하고, 그 이동 속도 벡터를 이용하여 각 세그먼트의, 상기 외부 정보를 취득한 시각에서의 예측 위치(28)를 산출한다.

계속해서, 그 예측 위치에 가까운 세그먼트를 초기 세그먼트 리스트(47)로부터 검색한다. 또한, 크기 및 형상을 비교한다. 크게 변화되어 있지 않은 경우는, 통상의 세그먼트(50)로서 과거의 세그먼트와의 관련 정보를 부여하여, 현재의 세그먼트 리스트(48)에 기재한다. 만일 크게 변화되어 있는 경우는, 융합 혹은 분리가 발생되어 있을 가능성이 있으므로, 그 근방의 세그먼트가 해당되는지 여부를 검색한다. 융합되어 있는 경우는 융합 세그먼트(51)로서, 분리되어 있는 경우는 분리 세그먼트(52)로서, 현재의 세그먼트 리스트(48)에 기재한다. 또한, 앞에 있는 물체의 뒤에 가려져 보이지 않게 되는(오클루전;occlusion) 경우가 존재하고, 예측 위치가 세그먼트의 배후에 있고, 전회 존재한 세그먼트가 작아지거나(분리 포함함 ), 혹은 소멸된 경우는 오클루전 세그먼트(53)로서 그 예측 위치를 최신 위치로 한 세그먼트 정보를 현재의 세그먼트 리스트(48)에 기재한다. 또한, 전회 존재하고 금회 존재하지 않는 세그먼트는 오클루전으로 하고, 융합을 검색한 후에 어느 쪽에도 해당되지 않는 경우에는 소멸 세그먼트(54)로 하여 그 예측 위치를 최신 위치로 한 세그먼트 정보를 현재의 세그먼트 리스트(48)에 기재한다. 소멸 세그먼트(54)는 소정 시간 내에 해당되는 것이 없는 경우, 리스트로부터 삭제한다. 또한, 전회 존재하지 않는 새로운 세그먼트는, 분리를 검색한 후, 해당되는 것이 없는 경우는 새로운 세그먼트(55)로 한 세그먼트 정보를 현재의 세그먼트 리스트(48)에 기재한다. 이상과 같이 하여, 검출된 세그먼트는 전회의 세그먼트와의 링크가 행해지고, 그 이동 추적이 항시 행해진다.

계속해서, 세그먼트 중에서, 위치와 평균 속도 벡터가 유사한 것은 동일 물체로서 판단하고, 이 관련지음 및 물체의 위치 등의 물체 정보(58)를 기재한 검출 물체 리스트(56)를 작성한다. 이것은, 사람의 발 등과 같이, 동일 물체가 분리되어 검출되는 점을 고려하여 행한다. 이 현재의 검출 물체 리스트(56)에는, 과거의 검출 물체 리스트(57)도 참조하여, 과거 데이터와의 관련을 기재한다. 또한, 이들 정보로부터 물체의 위치를 산출한다. 이상의 처리는, 외부 정보의 시간 간격이 짧은 쪽이 상태 변화가 적으므로, 관련지음이 용이해진다.

계속해서, 장해물의 검출 처리를 행한다. 여기서는, 상기 검출 물체로부터 기존 인지된 물체의 판정 처리를 행하여, 장해물 후보 리스트(59)와 비장해물 리스트(60)를 작성한다. 기존 인지 물체라 함은, 아암 등의 자기 자신 및 소지품 등의 부대물이나, 동작이 기존의 인지에 의해 충돌 가능성이 없는 장치, 바닥, 천장, 벽, 기둥 등이다. 여기서는, 과거의 리스트와의 관련이 대응되어 있는 것은 그 정보를 이용하고, 그 이외의 것은 상기 동작 통합 관리부(20)로부터의 자기 정보와 지도 데이터로부터 기존 인지 물체의 존재 영역을 계산하고, 상기 검출 물체가 그 영역에 존재하는 경우는 기존 인지 물체로서 판정한다. 장해물 후보 리스트(59)에는, 벽이나 기둥 등의 기존에 인지된 정지 장해물, 미인지 정지 장해물, 기존 인지 이동 장해물, 미인지 이동 장해물이 있다.

이상과 같이, 장해물 검출 수단(32)에서는 과거의 이력으로부터 세그먼트 및 물체를 추적하여, 하나 혹은 복수의 세그먼트로 이루어지는 검출 물체가 이동 장치(1)의 이동에 장해가 되는 물체인지 여부를 판정한다.

그리고, 도 3에 도시하는 장해물 특징 추정 수단(33)은, 장해물 후보 리스트(59)에 기재된 장해물의 존재 영역 추정 처리(61)나 이동 패턴 추정 처리(62) 등의 장해물 특징의 인식 처리를 도 5에 도시하는 바와 같이 행한다. 여기서는, 장해물 후보 리스트(59)에 기재된 물체의 과거의 데이터를 참조하여, 형상과 크기 및 이동량(벡터) 등의 장해물의 시계열 정보를 이용한다.

존재 영역의 추정 처리(61)의 제1 스텝(61a)에서는, 우선 복수의 세그먼트로 구성되어 있는 장해물의 각 세그먼트에 대해, 위치 혹은 특징점의 추적을 행하고, 회전이나 오클루전 등으로 인해 현재 보이지 않지만 과거에 보였던 부분의 보간(補間) 등, 윤곽 추정 처리를 행하여 그 최대 윤곽을 산출한다. 현재 보이는 세그먼트의 정보만으로는, 예를 들어 사람의 발의 한쪽측에 오클루전이 발생되어 있는 경 우, 사람인 장해물의 크기나 위치가, 보이는 한쪽 발의 세그먼트만으로 계산되어 실제의 것과 크게 어긋나 버린다. 따라서, 이러한 오클루전 등을 보정하기 위해, 윤곽 예측 처리를 행하여 장해물의 크기나 위치를 정확하게 산출한다. 또한, 그 반대로, 그때까지의 정보로부터는 예측할 수 없는 고속의 윤곽 변화는, 그 변화 부분 혹은 세그먼트를 별도의 이동 물체로서 분할한다. 또한, 존재 영역의 추정 처리(61)에서는 보다 정확한 정보를 취득하기 위해, 대상으로 되어 있는 물체의 높이가 상이한 스캔의 외부 정보를 사용하는 것이나, 화상 센서를 사용한 외형의 윤곽 추정 결과를 융합해도 좋다.

계속해서, 존재 영역의 추정 처리(61)의 제2 스텝(61b)으로서, 검출 물체를, 상기 하나 혹은 복수의 세그먼트 윤곽을 포함하는 원이나 다각형 또는 직선의 집합 등으로 단순 도형으로서 근사한 장해물 가상 존재 영역의 결정과, 그 중심 위치(대표 위치)의 결정을 행한다. 이 처리는, 이후의 장해물 회피 처리의 계산량을 줄이기 위해 행한다. 이동 패턴의 추정 처리(62)에서는, 상기 중심 위치(대표 위치)를 이용하여, 과거의 이동 벡터의 변화로부터 금후의 이동 벡터를 통계적 처리에 의해 예측한다. 이 예측 이동 벡터는 확률 분포로서, 이동 벡터의 주 성분, 벡터 변화 성분, 오차 성분 등으로 구성된다. 특히, 벡터 변화가 그다지 크지 않을 때에는, 직선 이동과 그 오차로서 근사한다. 여기서, 미소(微小) 시간 내에서는 직선 이동하고 있다고 근사하는 것은, 이후의 장해물 회피 처리에 있어서 계산량을 줄이기 위함이다.

그리고 도 3에 도시하는 충돌 예측 수단(34)은, 상기 장해물의 특징 정보와 상기 자기 정보를 이용하여, 장해물과 이동 장치 자신(자기)과의 충돌 위험성의 예측을 도 6A 내지 도 6D에 도시하는 바와 같이 행한다. 여기서는, 우선 장해물과의 충돌을 안전하게 피하기 위해 자기가 들어가지 않는 영역을 결정하고, 그 영역과의 간섭이 없는지 검사한다. 도 6A 내지 도 6D는 충돌 예측에 대해 설명하는 도면이며, 이하 도 6A 내지 도 6D를 이용하여 설명한다. 도 6A는 자기(70)와 장해물(71)의 현재의 위치를 도시하고 있다. 설명을 간단하게 하기 위해, 도면에서는 가상 존재 영역(72)은 원으로 도시되어 있다.

우선, 상기 장해물 가상 존재 영역(72)에, 자기의 자세나 부속물에 따른 자기의 존재 영역의 중심으로부터의 최대 거리(73)나, 스쳐 지나갈 때에 떼어 놓아야 할 간격(74) 등을 확장한 영역을 충돌 위험 영역(75)으로 한다. 예를 들어, 상기 장해물 특징 추정 수단(33)에서 산출한 상기 이동 벡터의 오차 성분은, 스쳐 지나감 간격(74)으로서 가산한다. 자기 위치가 이 영역에 들어가면 충돌할 가능성이 상당히 높다고 생각한다. 단, 자기의 존재 영역은 충돌 위험 영역(75)에 가미하였으므로, 이후 자기는 크기가 없는 점(70)으로 생각한다.

계속해서, 회피 개시 타이밍의 조정 혹은 회피 동작의 안전성을 높이기 위해 안전 거리(76)를 고려한다. 이 안전 거리(76)를 고려한 영역을 충돌 주의 영역(77)으로 한다. 안전 거리(76)로서는, 이동 속도에 따른 여유 영역이나 보행자의 개인 공간(personal space)이라 불리는, 사람이 위험으로 느끼지 않는 영역을 고려한다. 도 6A에서는, 이 안전 거리(76)를 진행 방향에 관계없이 일정 거리로 하고 있다. 또한, 장해물의 개인 공간으로서 진행 방향(78)을 장축으로 한 타원 영역(79)을 고려하면, 도 6B에 도시하는 충돌 주의 영역(80)이 된다. 자기의 개인 공간으로서, 진행 방향(81)을 장축으로 한 타원 영역(82)을 고려하면, 도 6C에 도시하는 충돌 주의 영역(83)이 된다. 이상과 같이 자기가 들어가지 않는 영역을 고려하면, 보행자에게 불안을 느끼게 하지 않는 회피를 실현할 수 있다. 상기 충돌 영역은, 장해물에 대해 행한다. 또한, 이 충돌 주의 영역은 복수 준비해 두고, 긴급성 등의 상황에 따라서 선택하여 사용해도 좋다.

계속해서, 이 영역과 자기의 간섭을 조사함으로써 충돌 예측을 행한다. 여기서는, 자기 점(70)을, 자기와 장해물의 상대 이동 벡터로 이동시킨 상대 이동 궤적(84)이 충돌 주의 영역(77) 혹은 충돌 위험 영역(75)과 간섭이 없는지 검사함으로써 충돌 예측을 행한다. 간섭한 경우는 충돌 플래그를 설정한다. 여기서, 충돌 플래그는 긴급성 혹은 위험성에 따라서 다단계로 판정한다. 예를 들어, 충돌까지의 시간이 2초 미만이면 충돌 위험 플래그, 2초보다 크고 5초 미만이면 충돌 주의 플래그, 그 이상은 충돌 예보 플래그로 한다.

이 검사를 전체 장해물에 대해 연산한다. 여기서, 이 연산은 장해물 위치를 고정하고, 자기가 상대 벡터로 이동하는 공간을 가정하고 있으므로, 이 공간을 장해물 위치 고정 상대 공간이라 한다.

충돌 검사에 있어서 특히 장해물(85)과 자기(86) 모두 직선 등속 이동하는 경우를, 도 6D를 이용하여 설명한다. 이 경우, 상대 이동 벡터(87)의 방향이 충돌 위험 영역(86)의 경계 방향(88, 89)과의 사이에 존재하는 경우를 충돌이라 판정한다. 이때, 자기로부터 장해물의 위치 벡터(90)를

, 상대 이동 벡터의 단위 성 분(91)을

, 접선 방향의 단위 벡터(92)를

, 충돌 주의 영역과 경계 방향의 접점과 장해물 중심 위치까지의 거리(93)를 Rd, 자기(86)의 위치로부터 충돌 위험 영역(86)으로의 접점(94)까지의 거리를 Ld로 하였을 때의 충돌 판정식을 다음 [수학식 1]로 나타낸다.

이 충돌 판정식을 만족시키는 경우는, 충돌까지의 시간을 계산하여, 충돌 플래그를 설정한다. 이와 같이, 장해물(85)과 자기(86)의 이동 패턴을 등속 직선 이동으로 근사하고 장해물 위치 고정 상대 공간에서 충돌 예측 처리를 행하면 매우 고속으로 연산이 가능해진다. 따라서, 장해물(85) 및 자기(86)의 이동 벡터는, 가능한 범위에서 직선 등속 이동 등의 간단한 동작 모델에 근사하고, 오차량을 충돌 위험 영역의 안전 거리로서 가산하여 충돌 계산을 행하여 계산 부하를 경감하면 좋다. 특히, 자기(86)의 이동에 관해서는, 가능한 한 직선 등속 이동을 기본으로 한 계획을 행하면 계산 시간을 단축할 수 있고, 또한 예측이 용이해진다. 이하의 설명에서는, 장해물 혹은 자기의 이동 벡터는 직선 등속 이동으로서 설명한다.

그리고 도 3에 도시하는 회피 경로 계획 수단(35)은, 상기 충돌 플래그가 설 정된 경우, 장해물을 회피하기 위해 회피 경로를 계획한다. 여기서의 회피 경로라 함은, 이동 장치가 실제로 주행하는 정확한 궤도가 아니라, 장해물의 우측 혹은 좌측 등의 소정의 경유점 혹은 회피 영역을 지나는 것을 규정하는 대략적인 것이다.

여기서는, 우선 충돌 플래그를 체크하여 충돌의 긴급성을 조사하고, 대응한 회피 동작의 경로 계획을 행한다. 예를 들어, 충돌 플래그의 종류가 충돌 위험 플래그였던 경우는, 신속하게 회피 동작을 개시할 필요가 있다. 선택하는 회피 동작으로서는, 그 긴급성에 따라서 자기의 이동 방향을 충돌 주의 영역의 좌측 혹은 우측을 통과하도록 변경, 충돌 위험 영역의 좌측 혹은 우측을 통과하도록 변경, 충돌 위험 영역에 진입하지 않도록 감속, 충돌 위험 영역에 진입하지 않도록 이동하여 정지 등이 있다. 여기서, 복수의 충돌 주의 영역을 준비하고 있는 경우는, 충돌 플래그의 종류에 따라서 선택할 필요가 있다. 예를 들어, 충돌 예보 플래그의 경우는, 그 가장 큰 것을 사용한다. 이와 같이 함으로써, 여유가 있는 안전한 회피를 실현할 수 있다.

이하에, 회피 경로의 경유점을 구하는 방법에 대해 도 7A 내지 도 7D를 이용하여 간단하게 설명한다.

우선, 도 7A는 장해물을 회피하기 위해 자기 이동 벡터를 변경하는 방법의 예를 도시하고 있다. 도 7A에서는, 장해물이 1개인 경우의, 임의의 시각의 장해물 위치 고정 상대 공간이다. 자기(100)는 단위 시간 이동 벡터(101)로 이동하고, 장해물(102)은 단위 시간 이동 벡터(103)로 이동하고 있다. 따라서, 단위 시간 상대 이동 벡터(111)는 자기(100)의 단위 시간 이동 벡터(101)를 평행 이동한 벡터(108) 와, 장해물(102)의 단위 시간 이동 벡터(103)를 평행 이동하여 방향을 반대로 한 벡터

(107)과의 합성 벡터가 된다. 장해물(102)을 회피하기 위해서는, 단위 시간 상대 이동 벡터(111)의 선단부를, 자기(100)와 장해물(102)의 충돌 주의 영역(104)과의 접선(105, 106)의 외측이 되도록 변경하면 좋다. 예를 들어, 자기(100)가 이동 속도를 유지하고 방향 변환만으로 회피하는 경우, 자기의 이동 벡터(108)는 벡터

(109)로 변경한다. 여기서, 접선 방향(105)에 접하는 방향의 단위 벡터를

(110)으로 하면, 변경 후의 자기의 단위 시간 이동 벡터

(109)는 다음 [수학식 2]로 나타내어진다.

도 7B는 2개의 장해물의 충돌까지의 시간이 접근하고 있는 경우를 상정하고, 2개의 장해물을 동시에 회피하는 예를 도시하고 있다. 이 경우도 장해물이 1개인 경우와 마찬가지로 하여 회피 벡터를 결정한다. 도 7B에는 이동 속도를 유지하는 회피 벡터(114, 115), 가속하여 회피하는 회피 벡터(116), 감속하여 회피하는 회피 벡터(117)를 도시하고 있지만, 본래의 자기의 단위 이동 벡터(113)에 대해 변경이 용이한 것을 선택한다. 이상과 같이, 자기의 회피 이동 벡터는 장해물 위치 고정 상대 공간을 이용하여 결정한다.

계속해서, 절대 공간 상의 경유 직선 및 경유점을 구한다. 도 7C는 현재의 자기 위치(121)와, 현재의 장해물 위치(123), 최접근시의 자기 위치(120)와 최접근시의 장해물 위치(122)의, 절대 공간 상의 위치 관계를 도시하고 있다. 여기서는, 우선 상기 상대 공간 상에서 장해물과의 최접근점[예를 들어, 도 7A의 점(112)]에 도달하는 시간을 구한다. 그때의 절대 공간 상의 회피 이동 벡터(118)로부터, 도 7C에 도시하는 바와 같이 절대 공간 상의 회피 직선(119)과 최접근점(120)을 구한다. 여기서는, 이 최접근점(120)을 경유점으로 한다. 단, 경유점은 이후의 궤도에 의존하고, 최종적으로는 궤도 생성시에 결정된다.

이 이후, 다음 장해물을 회피할 필요가 있는 경우는, 이 경유점을 시점으로 하여 상기 처리를 반복하여 행한다. 이와 같이, 복수의 장해물이 이동 환경 중에 산재하고 있는 경우는, 우선 고려할 장해물의 한정과, 장해물을 회피하는 순서의 결정을 행할 필요가 있다.

이 고려할 장해물의 한정은, 자기와 장해물과의 거리, 자기와 장해물이 접근할 때까지의 시간 등에 의해 결정한다. 예를 들어, 모든 장해물에 대해 상기한 상대 위치 공간에 있어서, 자기가 현재의 속도를 유지한 경우, 상대 이동 벡터가 충돌 위험 영역의 경계선에 접하기 위한 자기의 회피 이동 벡터 및 충돌까지의 시간을 산출하고, 그 시간이 10초 혹은 5초 이내인 장해물만 충돌 가능성이 있는 장해물로서 고려한다.

계속해서, 장해물을 회피하는 순서의 결정을 행하고, 그 순서로 상기 경유점 과 회피 경로의 산출을 행한다. 순서의 결정은, 충돌 가능성이 있는 장해물에 대해, 모든 가능성을 검색해도 좋고, 충돌까지의 시간이 가장 짧은 장해물을 우선하여 검색하고, 검색 도중에 적당한 회피 경로가 발견된 시점에서 중단해도 좋다. 예를 들어, 도 7D에 도시하는 바와 같이, 이동 장치가 개시점(125)으로부터 목표점(126)까지의 사이에 장해물(127, 128, 129)이 존재하는 경우, 장해물 1개에 대해 좌우 2점의 경유점이 존재하므로, 회피 순서의 조합은 192가지 존재한다. 단, 경유점이 다른 장해물의 위험 영역 상에 존재하는 경우, 경유점으로부터 직접 목표점에 도달할 수 있는 경우는 이후의 조합은 탐색하지 않는다. 예를 들어, 회피 경로(130)의 회피 순서는 장해물(127)의 우측, 장해물(128)의 우측, 목표점이다. 마찬가지로 회피 경로(131)는, 장해물(127)의 좌측, 장해물(128)의 우측, 목표점의 순이 되고, 회피 경로(132)는 장해물(129)의 좌측, 목표점의 순이 된다. 경유점(133)으로부터는 목표점에 직접 도달할 수 있으므로, 장해물(129)의 좌우의 경유점을 지나는 경로는 탐색하지 않는다.

여기서는, 이동 장해물에 대해 나타냈지만, 정지 장해물도 마찬가지로 처리한다. 또한, 목표점 대신에 목표 방향으로 접속되는 경우도 있다. 목표점 혹은 목표 방향은 동작 통합 관리부(20)가 설정한다. 이상과 같이 하여, 복수의 회피 가능한 경로의 후보를 산출한다.

이와 같이 하여, 장해물을 회피하는 좌우 및 그 주변의 점을 경유점으로 하여 그 중 어느 하나를 지나는 복수의 경로가 생성된다. 계속해서, 이들 경로에 대해, 최단 거리, 각도 변화 최소, 속도 변화 최소, 도달 시간 최단, 이동 장해물의 후방을 통과하는 것, 경로 폭의 넓이 등 몇 개의 평가 항목에 따라서 순위를 부여한다.

그리고 도 3에 도시하는 회피 궤도 생성 수단(36)은, 상기한 선택된 회피 경로의 각 경유점의 근방을 지나고, 이동 장치가 주행 가능한 매끄러운 회피 궤도를 생성한다. 도 8은 본 실시 형태의 회피 궤도 생성을 설명하는 도면이다. 여기서는 경유점(140) 혹은 그 근방을 지나는 매끄러운 곡선(141), 경유점(142)을 지나는 곡선(144), 혹은 경유점(142)의 근방을 지나는 매끄러운 곡선(143)을 생성한다. 상기 회피 경로는 순차 갱신되므로, 회피 궤도는 예를 들어 최근의 수 초 정도의 경로에 대해 행한다. 본 발명은 곡선의 함수 생성 방법을 한정하는 것은 아니지만, 곡선의 생성은, 일반적으로 알려져 있는 스플라인 함수, 베지어 함수, 각 점의 구속 조건 및 곡률 변화의 구속 조건 등을 이용한 고차 함수, 이동 장치의 제어 모델에 따른 곡선에 의해 생성된다.

생성된 곡선은, 실제 공간의 충돌 주의 영역 혹은 충돌 위험 영역과의 간섭을 검사한다. 충돌 계산은 전술한 상대 공간에서 실시한다. 충돌 주의 영역은 안전 영역이 충분히 크게 취해져 있으므로 다소의 간섭은 문제가 되지 않지만, 충돌 위험 영역에 간섭하는 경우는, 경유점을 이동하여 새로운 경유점(145)을 이용하여 다시 곡선을 생성한다. 이때, 동시에 그 곡선이 실제로 주행할 수 있는지 확인하기 위해, 이동 장치의 모델을 기초로 하여 곡률 제한, 곡률 변화의 제한, 속도 제한 등의 조건을 만족시키고 있는지 검사한다. 경유점의 이동은, 주위 8방향으로 약간 어긋난 경유점을 이용한 회피 궤도를 평가하고, 곡률의 변화가 매끄럽고 또한 극소가 되는 경유점을 선택해도 좋다. 계산량을 줄이기 위해, 제약 조건의 검사는 주로 경유점의 근방에서 행한다. 이들의 처리를 복수회 반복하고, 수렴되지 않는 경우는 상기 복수 경로의 다른 경로를 선택하여 다시 궤도 생성을 행한다. 생성된 궤도는 동작 통합 관리부(20)를 통해, 주행 제어부(22)로 보내진다. 주행 제어부(22)는 실제로 이동 장치가 이 궤도에 추종하기 위한 제어를 행한다.

또한, 현재의 위치로부터 회피 경로를 계획해도, 공주 기간의 존재에 의해 계획한 궤도의 추종이 곤란해지는 것을 피하기 위해, 도 8에서는 현재 위치(146)에 대해 소정 시간 후의 위치(140)로부터 다음 회피 계획을 행하고 있다. 이때, 궤도 생성 수단은 소정의 공주 기간의 위치(147)로부터 새로운 회피 경로(148)에 접속하는 매끄러운 곡선을 생성한다. 이 방법에 의해, 간단하게 현재의 주행 궤도로부터 새로운 회피 궤도에 매끄럽게 접속하는 곡선을 생성할 수 있다. 이상과 같이 경유점을 기초로, 매끄러운 궤도를 생성함으로써 고속 이동시에 있어서도 안정적이고 또한 확실하게 계획한 궤도 상을 주행할 수 있다.

또한, 도 2에 도시하는 동작 통합 관리부(20)는 회피 실행 제어를 행하고 있고, 충돌 플래그와 회피 궤도가 설정되면, 규정의 궤도로부터 회피 궤도로 절환을 행한다. 회피 동작의 실행 상황을 감시하여, 회피가 완료되면 다음 목적지까지의 경로로 절환한다. 또한, 회피 중, 동작 통합 관리부(20)는 자기 상태를 장해물과의 충돌을 피하기 위해 안전 자세로 자세 변경하는 것도 행한다.

이상, 본 실시 형태에 따르면, 이동 장치(1)에 있어서 실시간으로 고속 이동하는 장해물과의 충돌 예측, 회피 경로의 계산, 실현 가능한 회피 궤도의 생성이 가능해진다. 또한, 매끄러운 회피 궤도가 실현 가능해진다. 따라서, 이동 장치(1)에 있어서, 고속의 이동 장해물의 회피가 가능해져, 고속의 이동 장해물이 존재하는 환경하에 있어서도 고속의 이동이 가능해진다.

(제2 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시 형태의 이동 장치(15)의 설명도이다. 본 제2 실시 형태는, 다음에 서술하는 점에서 제1 실시 형태와 상이한 것이며, 그 밖의 점에 대해서는 제1 실시 형태와 기본적으로는 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 본 제2 실시 형태의 것에 있어서, 제1 실시 형태와 공통되는 구성에 있어서는 동일한 효과를 발휘하는 것이다.

본 제2 실시 형태에 있어서의 이동 장치(15)는, 장해물(17)을 검출하는 센싱 영역(19)을 갖는 외부 센서(16)를 갖고, 검출한 장해물(17)을 안전하게 회피하기 위한 회피 동작을 행하는 자동차의 예이다. 이때의 회피 동작이라 함은, 자동적으로 회피를 행하는 것 이외에, 화상이나 소리에 의한 회피 경로 및 조타각이나 속도 등의 제시 혹은 지시, 또는 조타 장치나 주행 제어 장치의 직접적 혹은 간접적인 제어 등의 운전 지원도 포함된다. 여기서 간접적 제어라 함은, 예를 들어 조타 장치의 부하 제어를 행하여, 운전자에게 안전한 조작을 유도하는 것을 나타낸다.

본 제2 실시 형태의 이동 장치(15)도 상기 이동 장치(1)와 마찬가지로, 이동 장해물이 존재하는 환경 내에서 고속으로 이동하므로, 장해물(17)과의 충돌을 회피하기 위한 회피 동작을 연산하는 처리를 고속으로 행하고, 또한 매끄러운 회피 궤 도(18)를 계산할 필요가 있다. 특히, 자동차는 30m/s 정도의 속도가 나오므로, 급한 방향 전환은 위험하며, 매끄러운 주행 궤도를 계산하는 과제는 매우 중요하다. 또한, 속도가 빠르므로 단위 시간에 이동할 수 있는 범위가 넓어져, 외부 센서(16)는 전술한 외부 센서(12)보다도 넓은 범위(센싱 영역)(19)를 검출할 필요가 있고, 동시에 광범위한 환경에 대해 회피 처리 계산을 행해야 해, 계산 시간의 단축도 중요한 과제가 된다.

본 제2 실시 형태는 이들 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 제2 실시 형태에 있어서의 이동 장치(15)도 이동 장치(1)의 경우와 마찬가지로 본 발명의 적용 범위가 된다. 이에 의해, 운전자는 이동 장치를 조작할 때에, 안정성이 높은 조작이 가능해진다.

따라서, 상기 과제를 갖고 있는 이동 장치는 본 발명이 이용 가능하지만, 그 이외에도 실제로 이동을 수반하지 않지만 의사적(擬似的)인 이동을 행하는 시뮬레이터에 유추되는 장치도 본 발명의 적용 범위가 된다.

상기 기재는 실시예에 대해 이루어졌지만 본 발명은 그것에 한정되지 않고, 본 발명의 정신과 첨부한 청구범위의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 할 수 있는 것은 당업자에게 명백하다.

Claims

정지 혹은 이동하고 있는 장해물이 존재하는 환경하에서 이동하는 이동 장치로서,

외부 정보를 취득하는 외부 정보 취득 수단과,

상기 외부 정보 취득 수단으로부터의 외부 정보와 상기 이동 장치의 자세 정보를 축적한 시계열 정보로부터 외부에 존재하는 물체를 검출하고, 이동에 장해가 될 가능성이 있는 물체인 장해물을 추출하는 장해물 검출 수단과,

상기 장해물 검출 수단에 의해 검출된 하나 혹은 복수의 상기 장해물의 상기 시계열 정보로부터, 장해물의 크기 또는 형상 또는 장해물의 형상 변화와 장해물의 위치 및 이동 패턴을 포함하는 장해물의 특징을 추정하는 장해물 특징 추정 수단과,

상기 장해물의 위치 및 특징과 상기 이동 장치의 자세 정보 및 궤도 정보로부터 당해 장해물과의 충돌 예측을 하는 충돌 예측 수단과,

이 충돌이 예측된 경우, 상기 장해물을 회피하기 위한 장해물의 좌우 혹은 장해물의 주위를 통과하는 경유점을 산출하고, 상기 경유점을 지나는 하나 또는 복수의 회피 경로를 계획하는 회피 경로 계획 수단과,

상기 장해물과 간섭하는 일이 없도록 상기 경유점을 조정하고, 또한 상기 이동 장치가 주행 가능한 매끄러운 회피 궤도를 생성하는 회피 궤도 생성 수단

을 포함하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 충돌 예측 수단에 의한 상기 장해물과의 충돌 예측, 혹은 상기 회피 경로 계획 수단에 의한 상기 이동 장치 자신의 이동 방향, 이동 속도 변경 또는 상기 경유점의 산출은, 상기 장해물의 위치를 고정하고, 상기 이동 장치가 당해 장해물과의 상대 이동 벡터로 이동하는 공간인 장해물 고정 상대 공간을 이용하여 산출하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 장해물 특징 추정 수단은, 상기 장해물의 형상을 원 또는 다각형 또는 하나 혹은 복수의 직선을 포함하는 단순 도형에 근사하는 수단과, 상기 장해물의 이동 패턴을 등속 직선 이동으로서 근사하는 수단과, 상기 이동 장치 자신의 이동 패턴을 등속 직선 이동으로서 근사하는 수단 중 적어도 하나를 포함하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 충돌 예측 수단은, 상기 장해물과 충돌할 위험성이 있는 영역 및 상기 장해물과 상기 이동 장치의 안전 간격을 고려한 영역을 준비하고, 회피의 긴급성에 따라서 이들 영역을 선택하여 사용하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 회피 경로 계획 수단은, 상기 이동 장치의 공주 기간을 고려하여, 현재의 궤도 상의 소정 기간 후의 위치로부터 새로운 회피 계획을 행함으로써 현재의 궤도로부터 회피 궤도로 매끄럽게 접속하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 회피 경로 계획 수단은, 상기 복수의 회피 경로로부터 최종적으로 회피 경로를 선택할 때, 최단 경로, 도달 시간 최단, 각도 변화 최소, 속도 변화 최소, 이동 장해물의 후방을 통과하는 것, 회피 경로의 폭의 넓이 중 적어도 하나를 평가하여 우선 순위를 설정하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 장해물 특징 추정 수단은, 상기 장해물의 형상의 변화가 큰 경우, 큰 변화 부분을 독립된 이동 장해물로서 파악하여 장해물 회피 처리를 행하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 회피 궤도 생성 수단은, 상기 매끄러운 회피 궤도가 경유점을 주위 8방향으로 어긋나게 한 회피 궤도를 평가하는 것을 반복하고, 곡률의 변화가 매끄럽고 또한 극소로 되는 경유점을 선택함으로써 회피 궤도가 가장 매끄러워지도록 경유점을 이동하여 탐색하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 회피 중에는 상기 이동 장치 자신이 장해물과의 간섭을 경감하기 위한 자세로 변경하는 동작 통합 관리부를 구비하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 회피 경로 계획 수단은, 장해물을 회피하기 위한 마지막 경유점 이후를, 상기 이동 장치 자신의 이동 목표 방향의 직선 혹은 목적점에 접속하는, 이동 장치.
제1항에 있어서, 상기 장해물 검출 수단은, 상기 시계열 정보를, 상기 외부 정보를 취득한 시각, 상기 외부 정보로부터 검출한 물체의 위치, 크기 및 형상, 그 시각의 상기 이동 장치의 자기 위치, 방향 및 자기 자세, 다른 시각의 상기 검출한 물체의 데이터의 관련 정보에 의해 구성하는, 이동 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 생성한 매끄러운 회피 궤도 정보를 이용하여 상기 이동 장치의 상태 혹은 조작 정보를 화상 혹은 음성을 이용하여 제시 혹은 지시하는 수단과,

상기 생성한 매끄러운 회피 궤도 정보를 이용하여 상기 이동 장치의 방향 제어 상태를 변경하는 조타 수단과,

상기 생성한 매끄러운 회피 궤도 정보를 이용하여 주행 상태를 변경하는 주행 제어 수단

중 적어도 하나를 포함하는, 이동 장치.
정지 혹은 이동하고 있는 장해물이 존재하는 환경하에서 이동하면서, 상기 장해물과의 접촉을 회피하는 방법으로서,

외부 정보를 취득하는 스텝과,

상기 외부 정보와 상기 이동 장치의 자세 정보를 축적한 시계열 정보로부터 외부에 존재하는 물체를 검출하고, 이동에 장해가 될 가능성이 있는 물체인 장해물을 추출하는 스텝과,

하나 혹은 복수의 장해물의 상기 시계열 정보로부터, 장해물의 크기 또는 형상 또는 장해물의 형상 변화와 장해물의 위치 및 이동 패턴을 포함하는 장해물의 특징을 추정하는 스텝과,

상기 장해물의 위치 및 특징과 상기 이동 장치의 자세 정보 및 궤도 정보로부터 당해 장해물과의 충돌 예측을 하는 스텝과,

이 충돌이 예측된 경우, 상기 장해물을 회피하기 위한 장해물의 좌우 혹은 장해물의 주위를 통과하는 경유점을 산출하여, 상기 경유점을 지나는 하나 또는 복수의 회피 경로를 계획하는 스텝과,

상기 장해물과 간섭하는 일이 없도록 상기 경유점을 조정하고, 또한 상기 이동 장치가 주행 가능한 매끄러운 회피 궤도를 생성하는 스텝

을 포함하는, 장해물과의 접촉을 회피하는 방법.