自律移動体
【課題】干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能な自律移動体を提供することを目的とする。
【解決手段】自律移動体１は、レーザレンジセンサ１２と電子制御装置２０とを備える。電子制御装置２０は、自機の大きさＤ２を記憶する記憶部２２と、自機が移動可能な領域である通路９５の幅方向の大きさを示す空間サイズＤ１を特定する幅特定部２７と、障害物情報に基づき、路面において移動目標方向７２と略直交する方向について、干渉障害物６６の大きさＤ８を算出する算出部２３と、空間サイズＤ１、自機の大きさＤ２、及び干渉障害物６６の大きさＤ８に基づいて、停止行動又は退避行動を選択する行動選択部２４と、停止行動が選択された場合、自機を停止させ、退避行動が選択された場合、自機を退避させる移動制御部２５とを備える。
【解決手段】自律移動体１は、レーザレンジセンサ１２と電子制御装置２０とを備える。電子制御装置２０は、自機の大きさＤ２を記憶する記憶部２２と、自機が移動可能な領域である通路９５の幅方向の大きさを示す空間サイズＤ１を特定する幅特定部２７と、障害物情報に基づき、路面において移動目標方向７２と略直交する方向について、干渉障害物６６の大きさＤ８を算出する算出部２３と、空間サイズＤ１、自機の大きさＤ２、及び干渉障害物６６の大きさＤ８に基づいて、停止行動又は退避行動を選択する行動選択部２４と、停止行動が選択された場合、自機を停止させ、退避行動が選択された場合、自機を退避させる移動制御部２５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律的に移動する自律移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、目的地まで自律的に移動する自律移動体が知られている。例えば、下記特許文献１には、レーザーレンジファインダによって障害物を検出し、検出した障害物との干渉を避けて自律的に移動する自律移動体が記載されている。また、下記特許文献２には、超音波センサによって走行方向前方の障害物が検出された場合、赤外センサの出力があれば障害物が人であると判断する自律移動体が記載されている。この自律移動体は、障害物が人であると判断した場合は停止し、人がよけてくれることを期待して一定時間待機する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８８９３０号公報
【特許文献２】特開平９−１８５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２に記載の自律移動体では、障害物が人であると判断して停止した場合であっても、人と自律移動体とがすれ違うだけの余裕が通路になければ、人は自律移動体を避けて通ることができない。そこで、特許文献２に記載の自律移動体において、障害物を検出した場合に、自律移動体が、後方に退避して退避路に移動することも考えられる。しかし、この場合は、通路で障害物とすれ違うことが可能であるときにも退避した場合、目的地に到着するまでの時間が長くなる。このように、障害物との干渉を回避するために自律移動体が行う最適な行動は、状況によって変化する。
【０００５】
そこで本発明は、干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能な自律移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る自律移動体は、計画された経路に従って自律的に移動する自律移動体であって、水平方向の自機の大きさを記憶する記憶手段と、計画された経路が設定され、自機が移動可能な領域である通路の幅方向の大きさを示す通路幅を特定する幅特定手段と、自機周囲の障害物情報を取得する障害物情報取得手段と、障害物情報取得手段によって取得された障害物情報に基づいて、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する算出手段と、記憶手段によって記憶された自機の大きさ、幅特定手段によって特定された通路幅、及び算出手段によって算出された障害物の大きさに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する選択手段と、選択手段によって停止行動が選択された場合、自機を停止させるように制御し、選択手段によって退避行動が選択された場合、自機を退避させるように制御する移動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この本発明に係る自律移動体では、記憶手段が、水平方向の自機の大きさを記憶し、幅特定手段が、計画された経路が設定され、自機が移動可能な領域である通路の幅方向の大きさを示す通路幅を特定する。また、障害物情報取得手段が、自機周囲の障害物情報を取得し、この障害物情報に基づいて、算出手段が、通路面と平行な面において移動目標方向と略直交する方向について、移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する。すなわち、自律移動体がそのまま前進した場合に干渉する可能性のある障害物の大きさが算出される。更に、選択手段は、自機の大きさ、障害物の大きさ、及び通路幅に基づいて、停止行動又は退避行動を選択する。すなわち、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違うことが可能な状況か否かを判断するために必要な情報に基づいて、自律移動体は、停止行動と退避行動とのいずれかを選択する。そして、移動制御手段は、停止行動を選択した場合に、自機が停止するように制御し、退避行動を選択した場合は、自機が退避するように制御する。従って、干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、自律移動体が停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能となる。
【０００８】
上記本発明に係る自律移動体では、選択手段が、自機の大きさと障害物の大きさとの合計値が通路幅より小さい場合に、停止行動を選択し、合計値が通路幅以上である場合に、退避行動を選択することが好ましい。
【０００９】
この好ましい構成によれば、選択手段は、自機の大きさと障害物の大きさとの合計値が通路幅より小さい場合に、停止行動を選択する。すなわち、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違う余裕がある状況においては、自律移動体は停止行動を選択する。このため、障害物が人等の自律的に移動できるものである場合、自律移動体が停止した状態で、障害物が自律移動体をよけて通路上ですれ違うことができる。また、選択手段は、自機の大きさと障害物の大きさとの合計値が上記の通路幅以上である場合に、退避行動を選択する。すなわち、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違う余裕がない状況においては、自律移動体は退避行動を選択する。このため、障害物が人等の自律的に移動できるものである場合、障害物が前進することができる。
【００１０】
上記本発明に係る自律移動体では、算出手段が、障害物情報に基づいて特定された環境地図上の点であって、自機周囲の障害物の存在を示す点の中から、移動目標方向に存在し、自機と最も近い点を特定する最近傍特定手段と、地図上の点の中から、最近傍特定手段によって特定された点を含み移動目標方向と略直交する方向に延びた帯状領域に含まれる点を特定する障害物特定手段とを有し、障害物特定手段によって特定された点を用いて、障害物の大きさを算出することが好ましい。
【００１１】
この好ましい構成によれば、最近傍特定手段が、障害物情報に基づいて特定された環境地図上での点であって、障害物の存在を示す点の中から、移動目標方向に存在し、自機と最も近い点を特定する。そして、障害物特定手段が、障害物の存在を示す地図上の点の中から、最近傍特定手段によって特定された点を含み移動目標方向に略直交する方向に延びた帯状領域に含まれる点を特定する。すなわち、自律移動体は、干渉する可能性があり、自機に最も近い障害物の点と、この障害物の点から移動目標方向と略直交する方向に広がる障害物の点とを、一纏まりとみなしてクラスタリングする。このクラスタリングされた障害物の点は、帯状領域内における一纏まりとみなされた障害物を示し、この障害物は、移動目標方向に存在し、自機との間の距離が最も近い障害物である。従って、算出手段が、特定された点を用いて障害物の大きさを算出することにより、移動目標方向に位置し、自機との間の距離が最も近い障害物について、上記大きさを算出することができる。
【００１２】
上記本発明に係る自律移動体では、算出手段が、障害物特定手段によって特定された複数の点のうち、移動目標方向と略直交する方向に最も離れた２点間の距離を障害物の大きさとして算出することが好ましい。
【００１３】
この好ましい構成によれば、算出手段は、帯状領域内における一纏まりとみなした障害物について、移動目標方向と略直交する方向について両端の点の距離を障害物の大きさとして算出する。従って、自律移動体は、移動目標方向に位置し、自機との間の距離が最も近い障害物について、移動目標方向に略直交する方向の大きさを算出することができる。
【００１４】
上記本発明に係る自律移動体では、記憶手段が、水平な平面において自機を内包する円の直径を自機の大きさとして記憶し、幅特定手段は、通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定し、該移動余裕と自機の大きさとの合計値を通路幅として特定することが好ましい。
【００１５】
この好ましい構成によれば、水平方向の自機の大きさは、自機を内包する円の直径により表される。すなわち、自機の大きさは、水平な平面における自機の最大寸法以上の値を表している。そして、自機が通路において移動可能な幅方向の大きさを示す通路幅は、自機の大きさと、上記移動余裕との合計値として特定される。すなわち、通路幅は、水平な平面における自機の最大寸法以上の値と、自機が幅方向に移動可能な距離との合計値として特定される。従って、自機が何れの方向を向いているかに関わらず、通路上において障害物とすれ違うだけの余裕があるか否かを判定することができる。
【００１６】
上記本発明に係る自律移動体では、移動余裕は、値を任意に変更可能なパラメータを用いて表されることが好ましい。
【００１７】
この好ましい構成によれば、自機が移動する環境に応じてパラメータの値を設定することにより、通路幅を環境に応じて定義することができる。
【００１８】
上記本発明に係る自律移動体では、障害物情報に基づいて通路の端に停止位置を設定する停止位置設定手段を備え、移動制御手段は、選択手段によって停止行動が選択された場合、停止位置設定手段によって設定された停止位置に移動して停止するように制御することが好ましい。
【００１９】
この好ましい構成によれば、自律移動体は、停止行動を選択した場合に、停止位置を自ら設定し、設定した停止位置まで移動して停止する。停止位置は、障害物情報に基づいて、通路の端に設定される。すなわち、自律移動体は、停止行動を選択した場合に、通路の端に寄って停止する。従って、障害物が人である場合、自律移動体が人に道を譲る行動を行うことができる。
【００２０】
上記本発明に係る自律移動体は、通路と交わる退避路上に待機位置を設定する待機位置設定手段を備え、移動制御手段が、選択手段によって退避行動が選択された場合に、待機位置に向かって退避するように制御することが好ましい。
【００２１】
この好ましい構成によれば、自律移動体は、退避行動を選択した場合に、通路と交わる退避路上に待機位置を自ら設定し、設定した待機位置に向かって退避する。これにより、自機と障害物とが通路上ですれ違うことができない状況においては、自機が通路から退避することにより、障害物が通路上を通過可能な状況を作り出すことができる。
【００２２】
上記本発明に係る自律移動体では、移動制御手段が、待機位置に退避してから所定時間待機した後、再び計画された経路に従って移動するように制御することが好ましい。
【００２３】
この好ましい構成によれば、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違うことができない状況において、自律移動体が通路から退避することにより、障害物が通路上を通過可能な状況を作り出し、待機位置で所定時間待機した後、元の計画された経路に従った移動を再開する。従って、障害物が人等の自律的に移動できるものである場合に、障害物が通路を通過すれば、自律移動体が通路に戻って、再び計画された経路に従った移動を再開することができる。
【００２４】
上記本発明に係る自律移動体は、移動目標方向に障害物が存在する通路を迂回する迂回路を探索する探索手段を備え、制御手段は、選択手段によって退避行動が選択された場合、探索手段によって探索された迂回路へ退避するように制御することが好ましい。
【００２５】
この好ましい構成によれば、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違うことができない状況において、自律移動体は、障害物が存在する通路を迂回する迂回路を自ら探索し、探索した迂回路へ退避する。従って、迂回路を通って目的地まで移動することができる。
【００２６】
上記本発明に係る自律移動体では、制御手段が、選択手段によって退避行動が選択された場合、停止位置設定手段によって設定された停止位置に移動して停止するように制御した後、退避するように制御することが好ましい。
【００２７】
この好ましい構成によれば、自律移動体は、停止位置まで移動して停止してから退避行動を行う。すなわち、自律移動体は、通路の端によけて停止した後、退避する。従って、障害物が人である場合に、自律移動体が人に道を譲る行動を行ってから、退避することができる。
【００２８】
本発明に係る自律移動体は、計画された経路に従って自律的に移動する自律移動体であって、計画された経路が設定された通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定する幅特定手段と、自機周囲の障害物情報を取得する障害物情報取得手段と、障害物情報取得手段によって取得された障害物情報に基づいて、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する算出手段と、幅特定手段によって特定された移動余裕と、算出手段によって算出された障害物の大きさとに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する選択手段と、選択手段によって停止行動が選択された場合に、自機を停止させるように制御し、選択手段によって退避行動が選択された場合に、自機を退避させるように制御する移動制御手段とを備えることを特徴とする自律移動体。
【００２９】
この本発明に係る自律移動体では、幅特定手段が、計画された経路が設定された通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定する。また、障害物情報取得手段が、自機周囲の障害物情報を取得し、この障害物情報に基づいて、算出手段が、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する。すなわち、自律移動体がそのまま前進した場合に干渉する可能性のある障害物の大きさが算出される。更に、選択手段は、幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕と、障害物の大きさとに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する。すなわち、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違うことが可能な状況か否かを判断するために必要な情報に基づいて、自律移動体は、停止行動と退避行動とのいずれかを選択する。そして、移動制御手段は、停止行動を選択した場合に、自機が停止するように制御し、退避行動を選択した場合は、自機が後方に退避するように制御する。従って、干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、自律移動体が停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能なとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態に係る自律移動体の概略構成を示す図である。
【図２】自律移動体が備える電子制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】移動制御に用いる各種の情報を説明するための図である。
【図４】自律移動体が行う行動の種類を説明するための図である。
【図５】干渉距離の算出方法を説明するための図である。
【図６】クラスタリング方法を説明するための図である。
【図７】回避通過点と経路との距離を算出する方法を説明するための図である。
【図８】回避行動を選択するか否かを判定する方法を説明するための図である。
【図９】停止行動と回避行動との選択方法を説明するための図である。
【図１０】停止位置の設定方法を説明するための図である。
【図１１】待機位置の設定方法を説明するための図である。
【図１２】停止位置までの距離と速度との関係を示すグラフである。
【図１３】干渉判定の方法を説明するための図である。
【図１４】行動選択処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】エッジ点の特定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】停止行動時の移動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】待機行動と迂回行動との選択処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】退避行動が選択された場合の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。まず、図１を参照して、実施形態に係る自律移動体１の概略について説明する。図１は、自律移動体１の概略構成を示す図である。
【００３３】
本実施形態に係る自律移動体１は、例えば、病院又は工場等の施設内に配備され、目的地までの経路を自ら計画し、計画した経路に従って壁や柱等の障害物を回避しながら自律的に移動するロボットである。なお、本発明に係る自律移動体は、無人搬送台車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等にも適用することができる。自律移動体１は、環境地図に予め記憶した既知の障害物を回避するように経路を計画し、計画した経路に従って移動する際に、遭遇する未知の障害物を各種の障害物センサによって検出する。自律移動体１は、障害物センサを用いて移動目標方向の障害物を検出した場合、その状況に応じて回避行動、停止行動、又は、退避行動のいずれかを自ら選択して自機の移動を制御する。
【００３４】
本実施形態の自律移動体１は、中空円柱状の本体１１を有し、本体１１内に電子制御装置２０が搭載され、本体１１側面に周囲の障害物を検出するための障害物センサが配置されている。自律移動体１は、本実施形態では、障害物センサとして、レーザーレンジファインダ１２、超音波センサ１３、及びステレオカメラ１４を備えている。レーザーレンジファインダ１２、超音波センサ１３、及びステレオカメラ１４は、特許請求の範囲に記載の障害物情報取得手段として機能する。
【００３５】
レーザーレンジファインダ１２は、正面に取り付けられ、自機の周囲を水平方向に中心角２４０°程度の扇状に走査する。すなわち、レーザーレンジファインダ１２は、レーザーを射出し、自機周囲の障害物に反射して戻ってきたレーザーの検出角度、及び、レーザーの電播時間を計測する。そして、レーザーレンジファインダ１２は、計測した伝播時間を用いて自機と障害物との間の距離を算出し、算出した距離及びその角度を障害物情報として電子制御装置２０へ出力する。
【００３６】
超音波センサ１３は、一対の発信器及び受信器を用いて構成され、本実施形態では、１６個の超音波センサ１３が搭載されている。この１６個の超音波センサ１３は、本体１１の周方向に沿って等間隔に本体１１に取り付けられている。なお、図１においては、正面と背面に取り付けられた２個の超音波センサ１３を示し、その他の超音波センサ１３を省略している。１６個の超音波センサ１３は、自機を中心として自機の全周囲３６０°をカバーするように超音波を発信する。
【００３７】
各超音波センサ１３は、超音波を発信した後、自機周囲の障害物に反射して戻ってきた超音波を検出し、超音波の伝播時間を計測する。これにより、自機の周囲３６０°の障害物を検出することができる。各超音波センサ１３は、計測した伝播時間を用いて、自機と障害物との間の距離を算出し、算出した距離を障害物情報として電子制御装置２０へ出力する。
【００３８】
ステレオカメラ１４は、本体１１の上部正面に配置され、ステレオ画像を用いた三角測量の原理に基づいて、自機から障害物までの距離及び角度を算出する。ステレオカメラ１４は、算出した距離及びその角度を障害物情報として電子制御装置２０へ出力する。
【００３９】
自律移動体１は、移動手段として、本体１１の下側に設けられた４つの電動モータ１５と、４つの電動モータ１５の駆動軸それぞれに装着されたオムニホイール１６とを備えている。４つのオムニホイール１６は、同一円周上に９０°ずつ角度をずらして等間隔に配置されている。自律移動体１は、４つの電動モータ１５を独立して制御することにより、４つのオムニホイール１６それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節し、３６０°の任意の方向に移動することができる。すなわち、自律移動体１は、障害物を回避するために、本体１１の向きを変えずに、左右、後方、斜め方向等、任意の方向に移動することができる。
【００４０】
自律移動体１が備える電子制御装置２０は、自律移動体１の制御を総合的に司るものである。電子制御装置２０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに後述する各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置２０は、レーザーレンジファインダ１２、超音波センサ１３、及びステレオカメラ１４とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１５を駆動するドライバ回路等も備えている。
【００４１】
電子制御装置２０は、移動を制御するために主要な構成要素として、障害物情報統合部２１と、記憶部２２と、算出部２３と、行動選択部２４と、移動制御部２５とを備えている。障害物情報統合部２１は、レーザーレンジファインダ１２、超音波センサ１３、及びステレオカメラ１４から出力された障害物情報を入力し、入力した障害物情報を統合する。算出部２３は、障害物情報及び記憶部２２に記憶された各種情報等を用いて状況を解析する。
【００４２】
行動選択部２４は、解析された状況に基づいて、通常行動、回避行動、停止行動、又は、退避行動のいずれかの行動を選択する。そして、移動制御部２５が、選択された行動に基づいて電動モータ１５を制御することにより、自律移動体１は状況に応じた移動を行う。なお、行動選択部２４は、特許請求の範囲に記載の選択手段として機能し、移動制御部２５は制御手段として機能する。
【００４３】
引き続いて、図２を参照して、電子制御装置２０の構成要素についてより詳細に説明する。図２は、電子制御装置２０の構成を示すブロック図である。電子制御装置２０は、算出部２３へ各種の情報を提供するための構成要素として、上述した障害物情報統合部２１及び記憶部２２の他に、経路計画部２６と、幅特定部２７と、自己位置推定部２８とを備える。
【００４４】
記憶部２２は、特許請求の範囲に記載の記憶手段として機能し、水平方向の自機の大きさを予め記憶している。この自機の大きさは、水平な平面において自機が内包される円の直径を用いて表される。本実施形態では、自機の大きさが、水平な平面において自機が内接する円の直径を用いて表され、この場合、水平な平面としては、円の直径が最大となる面が選択される。すなわち、本実施形態では、自機の大きさが、自律移動体１について水平方向の最大寸法を示している。
【００４５】
また、記憶部２２は環境地図を予め記憶している。環境地図は、自律移動体１が移動する環境の地図情報であり、既知の障害物が存在する領域を示す情報である。既知の障害物は、壁、家具、取り付けられた備品等の静止した障害物等である。これらの既知の障害物が存在する領域は、既知の障害物領域として環境地図に予め登録されている。なお、既知の障害物領域は、通路面に置かれた障害物だけでなく、壁面に取り付けられた障害物又は天井から吊り下げられた障害物のうち、自律移動体１と干渉する可能性のある高さに位置する障害物を路面上に投影した領域を含んでもよい。
【００４６】
経路計画部２６は、自律移動体１の現在地を出発地として目的地までの経路を計画する。出発地は、後述する自己位置推定処理により推定してもよいし、ユーザが入力してもよい。目的地は、ユーザが設定してもよいし、自律移動体１が自ら設定してもよい。例えば、自律移動体１自ら、自機の充電が必要なことを検知し、充電器のある充電ステーションまで移動する場合には、環境地図上において予め記憶された充電器の位置を目的地に自ら設定する。
【００４７】
経路計画部２６は、自機の大きさと、環境地図とを用いて、環境地図上の既知の障害物と干渉することなく移動できる経路を抽出する。そして、経路計画部２６は、抽出した複数の経路の中から、出発地と目的地との間をつなぐ最短経路を探索することにより経路を計画する。経路は、人や他の自律移動体が移動する領域にも設定される。例えば、自律移動体１が病院内を移動する場合、病院内の廊下等に経路が設定される。
【００４８】
経路計画部２６は、計画した経路上に複数のサブゴールを設定する。サブゴールは、仮想ポテンシャル法を用いて移動制御を行う際に、移動目標方向への引力を設定するために用いられる点である。図３（ａ）を参照して、サブゴール６３について説明する。図３は、移動制御に用いる各種の情報を説明するための図であり、図３（ａ）は、サブゴール６３を説明するための図である。
【００４９】
図３において、ハッチングで示す領域が、既知の障害物領域６１を示している。既知の障害物領域６１に挟まれた領域が、自律移動体１の通路９５である。すなわち、この通路９５は、自律移動体１が移動可能な領域である。通路９５上には、ライン状の経路６８が計画されている。図３では、黒色の四角形によって３つのサブゴール６３が示されている。なお、サブゴール６３について個々のサブゴールを区別するときは、サブゴール６３１、サブゴール６３２、サブゴール６３３と表記する。
【００５０】
図３（ａ）は、目的地に向かう経路方向が、紙面に向かって左下から右上方向である場合を示す。経路６８は、任意の経路計画手法によって、主に通路９５の幅方向中央に沿って設定される。従って、サブゴール６３は、主に、サブゴール６３１及びサブゴール６３２のように、通路９５の幅方向中央に設定される。ただし、通路９５の奥に既知の障害物が存在する場合、右折又は左折等する場合には、通路９５の中央からずれた位置に経路６８が計画される。この場合、サブゴール６３３のように、通路９５の中央からずれた位置にサブゴール６３が設定される。
【００５１】
経路計画部２６は、サブゴール６３１〜６３３の環境地図上における各位置と、各サブゴール６３１〜６３３の順序とを特定する。各サブゴール６３１〜６３３の順序は、目的地に向かう順に設定される。特定されたサブゴール６３１〜６３３の各位置及び順序は、経路計画部２６によって記憶部２２へ出力され、記憶部２２に記憶される。
【００５２】
幅特定部２７は、特許請求の範囲に記載の幅特定手段として機能し、各サブゴール６３について空間サイズＤ１を特定する。空間サイズＤ１は、通路９５の幅方向の大きさを示す。なお、空間サイズＤ１は、特許請求の範囲に記載の通路幅に相当する。幅方向は、通路９５上において、通路面と平行な面において経路方向と略直交する方向である。図３（ｂ）に示されるように、本実施形態では、空間サイズＤ１は、自機の大きさＤ２と経路余裕Ｄ３とによって表される。自機の大きさＤ２は、上述したように、水平な平面において自機が内接する円の直径である。
【００５３】
経路余裕Ｄ３は、自機の大きさＤ２の円によって近似される自機がサブゴール６３に位置する場合に、自機と壁等の既知の障害物領域６１との間の余裕を示す。すなわち、この経路余裕Ｄ３は、自機の大きさＤ２の円によって近似される自機がサブゴール６３に位置する場合に、幅方向の一方に移動可能な距離を示す。従って、空間サイズＤ１は、Ｄ２＋（Ｄ３×２）によって示される。なお、経路余裕Ｄ３の２倍の大きさ（Ｄ３×２）は、自律移動体１が通路９５において幅方向に移動可能な距離を示し、特許請求の範囲に記載の移動余裕に相当する。
【００５４】
経路余裕Ｄ３は、刻み幅Ｄ４を用いて示される。サブゴール６３を中心とする自機の大きさＤ２の円と、幅方向の一方に位置する壁等の既知の障害物領域６１との距離Ｄ５が、刻み幅Ｄ４のＸ倍より大きく、刻み幅Ｄ４の（Ｘ＋１）倍より小さい場合、経路余裕Ｄ３は刻み幅Ｄ４×Ｘによって示される。図３（ｂ）に示される例では、サブゴール６３を中心とする自機の大きさＤ２の円と既知の障害物領域６１との距離Ｄ５が、刻み幅Ｄ４の２倍より大きく、刻み幅Ｄ４の３倍より小さいので、経路余裕Ｄ３は刻み幅Ｄ４×２によって示される。このような経路余裕Ｄ３を用いて空間サイズＤ１を表すことにより、移動制御上において、自律移動体１が移動可能な空間の幅方向の大きさを空間サイズＤ１によって定義することができる。
【００５５】
刻み幅Ｄ４は、例えば、１０ｃｍ程度に設定される。この刻み幅Ｄ４は、環境に応じて値を変更可能なパラメータである。例えば、病院内等、不特定の人の通りが比較的多い環境では、刻み幅Ｄ４を比較的大きい値として、人に対する安全性を優先してもよい。一方、倉庫内等、関係者以外の人の通りが比較的少ない環境では、刻み幅Ｄ４を比較的小さく設定して、自律移動体１の走行効率を優先してもよい。
【００５６】
幅特定部２７は、環境地図に基づいて、各サブゴール６３の経路余裕Ｄ３を特定し、経路余裕Ｄ３と自機の大きさＤ２とによって表される空間サイズＤ１を取得する。そして、生成された各サブゴール６３の空間サイズＤ１は、記憶部２２に記憶される。
【００５７】
自己位置推定部２８は、デットレコニング（Ｄｅａｄ−ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）技術及びＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）技術を利用して、環境地図上における自律移動体１の位置を推定する。
【００５８】
デッドレコニング技術は、電動モータ１５の回転量から移動ロボットの移動量を算出する技術である。本実施形態では、４つの電動モータ１５それぞれの駆動軸に、駆動軸の回転角度を検出するエンコーダが取り付けられている。自己位置推定部２５は、エンコーダから出力される各電動モータ１５の回転角度から、初期位置又は前回推定された自己位置からの自律移動装置１の移動量を演算する。
【００５９】
ＳＬＡＭ技術は、センサを用いて移動ロボット周囲の環境形状を把握し、その形状データをもとに、環境地図を作成すると共に、ロボットの自己位置を推定する技術である。本実施形態では、自己位置推定部２８が、障害物情報統合部２１によって統合された障害物情報を用いて自機周囲の環境形状を把握する。
【００６０】
より具体的には、自己位置推定部２８は、障害物情報統合部２１から入力した障害物情報に基づき、自機を中心とした二次元の極座標上において、自機周囲の障害物の存在を示す障害物点を特定する。そして、自己位置推定部２８は、電動モータ１５の移動量を参照して、極座標上の障害物点と、直交座標で示された環境地図上における既知の障害物領域６１とを照合し、環境地図上における極座標の中心を自己位置と推定する。
【００６１】
また、図３（ｃ）に示すように、環境地図上の自己位置６４が推定されると、障害物情報統合部２１は、自機周囲の障害物の存在を示す障害物点６５の位置を環境地図上において特定する。なお、図３（ｃ）において、障害物点６５を白抜の三角により示している。
【００６２】
次に、自律移動体１が行う行動の種類について説明する。自律移動体１が行う行動には、通常行動、回避行動、停止行動、及び退避行動の４つがある。そして、退避行動には、更に細かく分けて、待機行動と迂回行動とがある。通常行動は、計画された経路に従って移動する行動であり、干渉する障害物が検出されない場合に選択される行動である。回避行動、停止行動、及び退避行動については、図４を参照して説明する。
【００６３】
図４（ａ）が回避行動を説明するための図であり、図４（ｂ）が停止行動、図４（ｃ）が退避行動のうち待機行動、図４（ｄ）が退避行動のうち迂回行動を説明するための図である。図４において、ハッチングされた矩形状の領域は、既知の障害物領域６１を示し、クロスハッチングされた楕円状の領域は、未知の障害物領域を示している。未知の障害物領域は、環境地図に既知の障害物領域６１として登録されていない領域であり、自律移動体１にとって未知の障害物が存在する領域である。未知の障害物には、人等の動く障害物と、荷物等の静止した障害物とが含まれ、人が台車を押しながら移動している場合等もある。
【００６４】
図４に示す破線は、計画された経路６８を示している。既知の障害物を避けるように経路６８が計画される。このため、移動中において、自律移動体１の移動目標方向に未知の障害物が出現する場合がある。この場合、自律移動体１は、そのまま前進した場合に干渉する干渉障害物６６が存在することを障害物情報に基づいて検出し、回避行動、停止行動、又は退避行動のいずれかを選択する。
【００６５】
回避行動は、通路９５上において干渉障害物６６を回避して目的地６７へ向かって進む行動である。このため、回避行動は、干渉障害物６６と既知の障害物領域６１との間に、自律移動体１が通過する余裕がある場合に選択される。図４（ａ）において、一点鎖線で示す線が、回避行動時の移動を示している。
【００６６】
停止行動は、通路９５の端に寄って停止する行動である。干渉障害物６６と既知の障害物領域６１との間に自律移動体１が通過する余裕がない場合であっても、自律移動体１と干渉障害物６６とがそれぞれ端に寄ってくれれば、自律移動体１と干渉障害物６６とが通路９５上ですれ違うことができる場合がある。自律移動体１が通路９５上で干渉障害物６６とすれ違うことができれば、退避行動を行うより効率的に目的地６７へ到達することができる。そこで、通路９５上で自律移動体１が干渉障害物６６とすれ違うだけの余裕がある場合には、停止行動が選択される。この場合、自律移動体１は、停止位置６９を自ら設定する。図４（ｂ）において、一点鎖線で示す線が、停止行動時の移動を示している。
【００６７】
退避行動は、干渉障害物６６が存在する通路９５から退避する行動である。通路９５上で干渉障害物６６とすれ違うだけの余裕がない場合に、退避行動が選択される。退避行動のうち待機行動は、通路９５と交わる退避路７０に退避して、待避位置で待機する行動である。これにより、干渉障害物６６が人等の自律して移動可能なものである場合、干渉障害物６６が通路９５を通過することができる。待機行動を行う場合、自律移動体１は、待機位置７１を自ら設定する。図４（ｃ）において、一点鎖線で示す線が、待機行動時の移動を示している。
【００６８】
退避行動のうち迂回行動は、干渉障害物６６が存在する通路９５を迂回する行動である。この場合、自律移動体１は、干渉障害物６６が存在する通路９５を迂回する迂回路９７を通って、目的地６７まで移動する。図４（ｄ）において、一点鎖線で示す線が、迂回行動時の移動を示している。なお、図４（ｃ）（ｄ）では、待機行動時及び迂回行動時に、自律移動体１が干渉障害物６６の手前の位置１００から後方の通路に移動する場合を示しているが、位置１００の左右に通路があれば、位置１００から左右に移動してもよい。また、位置１００と干渉障害物６６との間に左右の通路があれば、前進してから左右に移動してもよい。
【００６９】
自律移動体１が状況に合わせて行動を選択するために、算出部２３は、干渉距離算出部２３１と、最近傍特定部２３２と、障害物特定部２３３と、通過点距離算出部２３４と、エッジ距離算出部２３５と、到達時間算出部２３６とを備える。そして、行動選択部２４は、通常行動選択部２４１と、回避行動選択部２４２と、停止行動選択部２４３と、退避行動選択部２４４とを備える。
【００７０】
干渉距離算出部２３１は、通常行動選択部２４１が通常行動を選択するか否か判定するために干渉距離を算出する。干渉距離は、自律移動体１と干渉障害物６６との間の距離である。図５を参照して、干渉距離算出部２３１による干渉距離の算出方法について説明する。図５は、干渉距離の算出方法を説明するための図である。
【００７１】
まず、図５（ａ）に示すように、干渉距離算出部２３１は移動目標方向７２を決定する。干渉距離算出部２３１は、自己位置推定部２８によって推定された自己位置６４から一定範囲内のサブゴール６３を特定し、自己位置６４から一定範囲内の各サブゴール６３に向かうベクトルを設定する。図５（ａ）に示す例では、自己位置６４より前方のサブゴール６３２，６３３に向かうベクトルが設定される。そして、干渉距離算出部２３１は、設定した複数のベクトルの合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの方向を移動目標方向７２とする。この移動目標方向７２は、自律移動体１が移動する目標となる方向であり、仮想ポテンシャル法を用いて移動を制御する際の引力方向となる。
【００７２】
次に、図５（ｂ）に示すように、干渉距離算出部２３１は、干渉ゾーン７３を設定する。干渉ゾーン７３は、移動目標方向７２と平行に延びた帯状の領域であり、移動目標方向７２と垂直な幅方向の大きさ７４は、自機の大きさＤ２又は自機の大きさＤ２に余裕を加えた大きさに設定される。また、干渉ゾーン７３は、幅方向の中央に自己位置６４が位置するように設定される。そして、干渉距離算出部２３１は、障害物情報によって特定される障害物点６５のうち、自己位置６４より前方の干渉ゾーン７３内に位置する障害物点６５を干渉点７５として特定する。図５（ｂ）において、特定される干渉点７５を黒色の三角で示し、その他の障害物点６５を白色の三角で示している。なお、図５においては、干渉障害物６６を破線で示している。
【００７３】
最後に、図５（ｃ）に示すように、干渉距離算出部２３１は、自律移動体１から各干渉点７５までの距離７６を算出する。距離７６は、移動目標方向７２と平行な方向の距離である。干渉距離算出部２３１は、算出した距離７６のうち最も小さい距離を干渉距離Ｄ６とする。
【００７４】
干渉距離算出部２３１によって算出された干渉距離Ｄ６が予め定められた閾値より大きい場合、及び、干渉距離算出部２３１によって干渉点７５が特定されなかった場合、通常行動選択部２４１は、干渉障害物６６が検出されなかったと判断する。干渉障害物６６が検出されなかったと判断した場合、通常行動選択部２４１は、通常行動を選択する。一方、通常行動選択部２４１は、干渉距離Ｄ６が閾値以下の場合、干渉障害物６６が検出されたと判断し、通常行動を選択しない。この場合、回避行動選択部２４２、停止行動選択部２４３、退避行動選択部２４４によって、通常行動以外の行動が選択される。
【００７５】
干渉距離Ｄ６が閾値以下の場合、最近傍特定部２３２は、干渉点７５のうち自律移動体１と干渉する最も近い点である最近傍干渉点７９を特定する。これにより、最近傍特定部２３２は、特許請求の範囲に記載の最近傍特定手段として機能する。最近傍特定部２３２は、干渉距離算出部２３１によって算出された干渉距離Ｄ６の干渉点７５を最近傍干渉点７９として特定する。図５（ｃ）では、最近傍特定部２３２によって特定される最近傍干渉点７９を黒色の三角で示し、その他の干渉点７５を白色の三角で示している。
【００７６】
障害物特定部２３３は、干渉障害物６６のエッジを特定するために、一纏まりとみなすことができる障害物点６５をクラスタリングする。なお、障害物特定部２３３は、特許請求の範囲に記載の障害物特定手段として機能する。図６を参照して、障害物特定部２３３によるクラスタリングの方法を説明する。図６は、クラスタリングの方法を説明するための図である。
【００７７】
まず、図６（ａ）に示すように、障害物特定部２３３は、エッジ検出ゾーン８０を設定する。エッジ検出ゾーン８０は、移動目標方向７２と垂直に延びた帯状領域であり、移動目標方向７２と平行な幅方向の中央に最近傍干渉点７９が位置するように設定される。エッジ検出ゾーン８０の幅方向の大きさ８１は、任意に設定可能であるが、例えば、１０〜２０ｃｍ程度に設定される。そして、障害物特定部２３３は、障害物点６５の中からエッジ検出ゾーン８０に含まれる障害物点８２を特定し、特定した障害物点８２をクラスタリングする。図６（ａ）において、クラスタリングされた障害物点８２を黒色の三角で示し、その他の障害物点６５を白色の三角で示す。
【００７８】
障害物特定部２３３は、最近傍干渉点７９と近い順に、エッジ検出ゾーン８０内の障害物点８２か否か特定していく。特定された障害物点８２の隣に位置する障害物点８３がエッジ検出ゾーン８０から外れている場合、障害物特定部２３３は、その障害物点８３が特異点か否かの判定を行う。特異点か否かの判定を行うために、図６（ｂ）に示すように、障害物特定部２３３は、特異点検出ゾーン８４を設定する。特異点検出ゾーン８４は、移動目標方向７２と平行に延びた帯状領域であり、移動目標方向７２と垂直な幅方向の中央に、判定対象となる障害物点８３が位置するように設定される。
【００７９】
障害物特定部２３３は、エッジ検出ゾーン８０と特異点検出ゾーン８４とが重なる領域８５内に位置する障害物点６５がある場合には、障害物点８３を特異点と判定し、領域８５内の障害物点６５を含めてクラスタリングを行う。そして、領域８５内の障害物点６５を最近傍干渉点７９と近い順に、エッジ検出ゾーン８０内の障害物点８２か否か判定していく。図６（ｂ）に示す例では、領域８５内の障害物点６５は存在しないので、上記で特定した障害物点８２のみをクラスタリングする。
【００８０】
これにより、エッジ検出ゾーン８０内において、最近傍干渉点７９と一纏まりとみなすことができる障害物点６５が、クラスタリングされる。そして、障害物特定部２３３は、クラスタリングした障害物点８２から、移動目標方向７２と直交するに最も離れた２つの障害物点８２をエッジ点８６として特定する。すなわち、エッジ点８６は、自律移動体１の前方に位置して横方向へ延びた帯状のエッジ検出ゾーン８０内において、干渉障害物６６の両端の位置を示す点とみなすことができる。図６においては、見やすくするために、自機の大きさＤ２を示す円に対して、エッジ検出ゾーン８０の幅を大きく描いているが、実際は、自機の大きさＤ２に対してエッジ検出ゾーン８０の幅が小さいので、２つのエッジ点８６を結ぶ直線は、移動目標方向７２と略垂直となる。
【００８１】
回避行動選択部２４２が、障害物特定部２３３によって特定されたエッジ点８６を有する干渉障害物６６を経路上において回避することが可能か否か判定するために、通過点距離算出部２３４は、通過点距離を算出する。通過点距離は、干渉障害物６６を通路９５上で回避する場合に自律移動体１が通る回避通過点と、計画された経路６８との間の距離である。すなわち、通過点距離算出部２３４は、自律移動体１が干渉障害物６６を回避するために経路６８からどれだけ離れる必要があるのかを算出する。
【００８２】
図７を参照して、通過点距離算出部２３４による回避通過点９１と経路６８との間の距離を算出する方法を説明する。図７は、回避通過点９１と経路６８との距離を算出する方法を説明するための図である。
【００８３】
まず、図７（ａ）に示すように、通過点距離算出部２３４は、回避方向を選択する。通過点距離算出部２３４は、２つのエッジ点８６のうち自己位置６４に近いエッジ点８６を中心とする仮想円８７を設定する。この仮想円８７の半径８８は、自機の大きさＤ２の半分に余裕を加算した安全距離に設定される。このように、エッジ点８６を仮想円８７に設定することにより、自律移動体１を点として扱うことができる。
【００８４】
そして、通過点距離算出部２３４は、自己位置６４を通り仮想円８７に接する２本の接線８９１，８９２を引く。通過点距離算出部２３４は、２本の接線８９１，８９２から一つの接線を選択し、回避方向９０に設定する。図７（ａ）に示す例では、一方の接線８９１が、２つのエッジ点８６に挟まれているので、この一方の接線８９１方向に自律移動体１が移動すれば、干渉障害物６６に干渉する。他方の接線８９２の方向に移動すれば、干渉障害物６６を回避することができる。そこで、通過点距離算出部２３４は、エッジ点８６に挟まれていない方の接線８９２を回避方向９０に設定する。
【００８５】
なお、図７（ｂ）に示す例では、２本の接線８９３，８９４の間に２つのエッジ点８６が位置している。この場合、通過点距離算出部２３４は、自己位置６４に近いエッジ点８６側の接線８９３を回避方向９０に設定する。
【００８６】
次に、図７（ｃ）に示すように、通過点距離算出部２３４は、回避方向９０を示す接線８９と仮想円８７との接点を回避時に通る回避通過点９１として特定する。そして、通過点距離算出部２３４は、サブゴール６３１とサブゴール６３２とを結ぶ経路６８と、回避通過点９１との間の最短距離を通過点距離Ｄ７として算出する。
【００８７】
回避行動選択部２４２は、通過点距離Ｄ７と、直近又は直前のサブゴール６３１の経路余裕Ｄ３とに基づいて、回避行動を選択するか否か判定する。図８を参照して、回避行動を選択するか否か判定する方法について説明する。図８は、回避行動を選択するか否か判定する方法を説明するための図である。
【００８８】
図８（ａ）に示す例のように、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３以下であれば、干渉障害物６６を回避するために、自律移動体１が回避通過点９１にずれた場合であっても、既知の障害物領域６１と自律移動体１との間に余裕がある。そこで、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３以下である場合、回避行動選択部２４２は回避可能と判定する。その結果、回避行動選択部２４２は、回避行動を選択する。
【００８９】
図８（ｂ）に示す例のように、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３より大きい場合、干渉障害物６６を回避するためにずれると、既知の障害物領域６１と干渉する可能性があるため、回避行動選択部２４２は回避不可能と判定する。その結果、回避行動選択部２４２は、回避行動を選択しない。
【００９０】
回避行動選択部２４２が回避行動を選択しなかった場合、停止行動選択部２４３が停止行動と退避行動のいずれかを選択するために、エッジ距離算出部２３５は、２つのエッジ点８６の間の距離を算出する。図９を参照して、停止行動と退避行動との選択方法について説明する。図９は、停止行動と回避行動との選択方法を説明するための図である。
【００９１】
図９（ａ）に示されるように、エッジ距離算出部２３５は、２つのエッジ点８６の間の距離を算出し、算出した距離を干渉障害物６６の大きさＤ８とする。このため、エッジ距離算出部２３５を有する算出部２３は、特許請求の範囲に記載の算出手段として機能する。干渉障害物６６の大きさＤ８は、通路面と平行な面において移動目標方向７２と略直交する方向の大きさであり、干渉障害物６６におけるエッジ検出ゾーン８０内の部分の大きさである。
【００９２】
停止行動選択部２４３は、空間サイズＤ１と、自機の大きさＤ２と、干渉障害物６６の大きさＤ８とに基づいて、停止行動と退避行動のいずれかを選択する。停止行動は、障害物があるために、移動目標方向７２には移動できず、回避行動を行うには道幅の余裕がないが、自律移動体１と干渉障害物６６とが端に寄れば、自律移動体１と干渉障害物６６とが通路９５上においてすれ違うだけの余裕がある場合に選択される。
【００９３】
停止行動選択部２４３は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が、空間サイズＤ１より小さい場合に、通路９５上において自律移動体１と干渉障害物６６とがすれ違うだけの余裕があると判定する。その結果、停止行動選択部２４３は、通路９５の端によけて停止するために、停止行動を選択する。図９（ａ）に示される例では、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が、空間サイズＤ１より小さいので、停止行動が選択される。停止行動選択部２４３は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が、空間サイズＤ１以上である場合に、通路９５において自律移動体１と干渉障害物６６とがすれ違うだけの余裕がないと判定する。その結果、停止行動選択部２４３は、退避行動を選択する。図９（ｂ）に示される例では、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が、空間サイズＤ１以上であるため、退避行動が選択される。
【００９４】
なお、停止行動選択部２４３は、ステレオカメラ１４によって撮影された画像を解析して、干渉障害物６６が人や他の自律移動体等のように避ける行動をとることができる障害物であるか否かを判定し、この判定結果を加味して、停止行動又は待避行動を選択してもよい。この場合、停止行動選択部２４３は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が空間サイズＤ１より小さく、且つ、干渉障害物６６が避ける行動をとることができる障害物である場合に、停止行動を選択する。また、停止行動選択部２４３は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が空間サイズＤ１より小さい場合であっても、干渉障害物６６が避ける行動をとることができる障害物でない場合は、待避行動を選択する。
【００９５】
停止行動が選択された場合に、自ら停止位置を設定するため、電子制御装置２０は停止位置設定部２９を備える。停止位置設定部２９は、通路９５上で干渉障害物６６とすれ違うために通路９５の端によけて停止する停止位置を設定する。この停止位置設定部２９は、特許請求の範囲に記載の停止位置設定手段として機能する。
【００９６】
図１０を参照して、停止位置の設定方法を説明する。図１０は、停止位置の設定方法を説明するための図である。停止位置設定部２９は、上記で設定された回避方向９０を用いて停止位置６９を設定する。停止位置設定部２９は、回避方向９０を示す直線上で、通路９５の端に位置し、且つ、既知の障害物領域６１から余裕を持った位置に停止位置６９を設定する。
【００９７】
一方、退避行動が選択された場合、退避行動選択部２４４は、待機行動と迂回行動とのいずれかを選択する。退避行動選択部２４４は、待機行動と迂回行動とのうち目的地まで到達するのにかかる時間が早い方の行動を選択する。このため、到達時間算出部２３６は、待機行動を選択した場合の目的地までの到達時間と、迂回行動を選択した場合の到達時間とを算出する。
【００９８】
図２に戻って、電子制御装置２０は、到達時間算出部２３６が待機行動と迂回行動との到達時間を算出するために、退避経路計画部３０を備える。退避経路計画部３０は、記憶部２２に記憶された環境地図と、経路計画部２６によって既に計画された経路６８等を利用して、退避経路を探索する。退避経路には、待機行動が選択された場合に用いる待機位置までの経路と、迂回行動が選択された場合に用いる迂回路９７とが含まれる。退避経路計画部３０は、待機位置を設定し、設定した待機位置までの経路を計画する待機位置設定部３０１と、迂回路９７を探索し、迂回路９７を通って目的地６７まで移動する経路を計画する迂回路探索部３０２とを備える。待機位置設定部３０１は、特許請求の範囲に記載の待機位置設定手段として機能し、迂回路探索部３０２は、探索手段として機能する。
【００９９】
図１１を参照して、待機位置設定部３０１による待機位置の設定方法について説明する。図１１は、待機位置の設定方法について説明するための図である。まず、待機位置設定部３０１は、待機位置７１を設定可能な経路余裕Ｄ３を有する退避路７０を特定する。待機位置７１を設定可能な退避路７０としては、干渉障害物６６が存在する通路９５と交わる通路がある。
【０１００】
通路９５において、他の通路と交わる交差点上のサブゴール６３では、交差点以外の通路９５上のサブゴール６３より経路余裕Ｄ３が大きい。従って、待機位置設定部３０１は、例えば、記憶部２２に記憶された各サブゴール６３の経路余裕Ｄ３に基づいて、自己位置６４より後方の、好ましくは、自己位置６４から最も近い交差点上のサブゴール６３を特定する。なお、自己位置６４が交差点のサブゴール６３上であれば、そのサブゴール６３を特定してもよい。また、自己位置６４と干渉障害物６６との間に交差点上のサブゴール６３があり、自己位置６４と干渉障害物６６との間に余裕がある場合には、そのサブゴール６３を特定してもよい。
【０１０１】
そして、待機位置設定部３０１は、特定した交差点上のサブゴール６３の位置で通路９５と交わる通路を、待機位置７１を設定する退避路７０として特定する。次に、待機位置設定部３０１は、特定した退避路７０上において、通路９５の経路７２に対して垂直な直線９６上に待機位置７１を設定する。そして、待機位置設定部３０１は、待機位置７１を一時的な目的地に設定し、自己位置６４から待機位置７１までの経路計画を行う。なお、待機位置設定部３０１は、交差点上のサブゴール６３に限らず、空間サイズＤ１が自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値以上のサブゴール６３を特定し、特定したサブゴール６３付近において、最大限に端に寄った位置を待機位置に設定してもよい。
【０１０２】
迂回路探索部３０２は、干渉障害物６６が存在する通路９５を迂回するための迂回路９７（図４（ｄ））を探索し、自己位置６４から目的地６７までの経路を計画する。なお、待機位置設定部３０１による経路計画と、迂回路探索部３０２による迂回路９７の経路計画とは、環境地図、空間サイズＤ１、自機の大きさＤ２等に基づいて、上述した経路計画部２６による経路計画と同様なアルゴリズムを用いて行われる。
【０１０３】
到達時間算出部２３６は、待機行動を選択した場合の目的地６７までの到達時間と、迂回行動を選択した場合の到達時間とを算出する。到達時間算出部２３６は、待機位置設定部３０１によって計画された経路と、経路計画部２６によって計画された元の経路６８とに基づいて待機行動時の到達時間を算出する。待機行動の到達時間として、自己位置６４から待機位置７１まで移動する時間、待機する時間、及び、待機位置７１から再び元の計画された経路６８に従って目的地６７まで移動する時間の合計値を算出する。
【０１０４】
また、到達時間算出部２３６は、迂回路探索部３０２によって計画された経路に基づいて、迂回行動時の到達時間を算出する。具体的には、到達時間算出部２３６は、迂回行動の到達時間として、自己位置６４から迂回路９７を通って目的地６７まで移動する時間を算出する。
【０１０５】
退避行動選択部２４４は、算出された待機行動と迂回行動の到達時間のうち、到達時間が短い方の行動を選択する。以上、算出部２３の算出結果に基づいて、行動選択部２４が行動を選択する方法について説明した。次に、移動制御部２５が、選択された行動に基づいて、自律移動体１の移動を制御する方法について説明する。
【０１０６】
移動制御部２５は、本実施形態では、仮想ポテンシャル法を用いて、障害物を回避しながら目的地６７までの移動を制御する。仮想ポテンシャル法は、サブゴール６３に対する仮想的な引力ポテンシャル場と、障害物に対する仮想的な斥力ポテンシャル場とを重ね合わせた仮想的なポテンシャル場を生成し、この仮想的なポテンシャル場で生じる力を移動制御に用いる方法である。移動制御部２５は、仮想ポテンシャル法を用いて移動制御を行うために、ベクトル算出部２５１と、出力変換部２５２とを備える。
【０１０７】
ベクトル算出部２５１は、行動選択部２４によって選択された行動に基づいて引力ベクトルを算出する。また、ベクトル算出部２５１は、自己位置６４、自己の移動速度、経路余裕Ｄ３、及び障害物情報に基づいて特定される障害物の位置及び移動速度等に基づいて、斥力ベクトルを算出する。そして、ベクトル算出部２５１は、引力ベクトルと斥力ベクトルの合成ベクトルを算出する。
【０１０８】
出力変換部２５２は、ベクトル算出部２５１によって算出された合成ベクトルを電動モータ１５の出力に変換する。出力変換部２５２は、合成ベクトルのノルムによって示される速度で合成ベクトルの方向へ移動するように、４つの電動モータ１５の出力を調整する。
【０１０９】
通常行動が選択された場合、引力ベクトルは、自己位置６４近傍のサブゴール６３の位置及び距離に基づいて算出される。例えば、引力ベクトルの方向は、上述した移動目標方向７２に設定される。ノルムは、例えば、サブゴール６３毎に割り当てられた所定の入力速度に設定される。これにより、通常行動が選択された場合、移動制御部２５は、計画された経路６８に従うと共に、斥力ベクトルに基づいて障害物を避けながら目的地６７に向かって移動するように電動モータ１５を制御する。
【０１１０】
回避行動が選択された場合、引力ベクトルの方向は、回避方向９０に設定され、ノルムは、例えば、所定の入力速度に設定される。これにより、回避行動が選択された場合、移動制御部２５は、通路９５上において、干渉障害物６６を回避するように電動モータ１５を制御する。
【０１１１】
停止行動が選択された場合、停止位置６９に到達するまで、引力ベクトルの方向は、自己位置６４から停止位置６９に向かう方向に設定され、ノルムは、自己位置６４と停止位置６９との間の距離に応じて設定される。図１２は、停止位置までの距離と速度との関係を示すグラフである。図１２において、横軸が、自己位置６４及び停止位置６９間の距離を示し、縦軸が、停止行動時の引力ベクトルのノルム、すなわち速度を示す。
【０１１２】
図１２に示すように、引力ベクトルのノルムは、自己位置６４と停止位置６９との間の距離が抽出範囲以上である場合、所定の入力速度に設定される。なお、移動目標方向７２を特定する際に、自己位置６４から一定範囲内のサブゴール６３を特定したが、この一定範囲を抽出範囲に設定することができる。引力ベクトルのノルムは、自己位置６４と停止位置６９との間の距離が抽出範囲以下である場合、自己位置６４が停止位置６９に近づくにつれて小さくなり、自己位置６４と停止位置６９との間の距離が余裕αまで近づいた位置で０となる。これにより、自律移動体１は、減速しながら停止位置６９に近づき、ノルムが０の値になると、停止する。余裕αは、本実施形態では、自機の大きさＤ２の半分の値、又は、自機の大きさＤ２の半分の値に任意の余裕を加算した値に設定される。
【０１１３】
仮想ポテンシャル法では、引力ベクトルと引力ベクトルのノルム（速度）をリミットにした斥力ベクトルとを合成して、合力ベクトルを算出する。このため、ノルムが小さくなるほど、障害物を回避する力が小さくなり、障害物を避けにくくなる。このため、電子制御装置２０は、自律移動体１が停止するように移動制御が行われる際に、干渉判定を行う干渉判定部３１を備える。
【０１１４】
図１３を参照して、干渉判定部３１による干渉判定の方法を説明する。図１３は、干渉判定の方法を説明するための図である。干渉判定部３１による干渉判定は、上述した干渉距離算出部２３１によって算出される干渉距離Ｄ６を用いて行われる。
【０１１５】
図１３に示すように、干渉距離算出部２３１は、上記と同様に、干渉ゾーン７３を設定する。干渉ゾーン７３は、移動目標方向７２と平行に延びた帯状の領域であり、移動目標方向７２と垂直な幅方向の大きさ７４は、自機の大きさＤ２又は自機の大きさＤ２に余裕を加えた大きさに設定される。また、干渉ゾーン７３は、幅方向の中央に自己位置６４が位置するように設定される。なお、移動目標方向７２として、自己位置６４から停止位置６９へ向かう方向（回避方向９０）が設定される。
【０１１６】
そして、干渉距離算出部２３１は、障害物情報によって特定される障害物点６５のうち、自己位置６４より前方の干渉ゾーン７２内に位置する干渉点７５を特定する。図１３は、未知の障害物９９が干渉ゾーン７３内に移動して来た場合を示している。干渉距離算出部２３１は、特定した干渉点７５から自律移動体１までの移動目標方向７２に沿った距離１０２を算出する。干渉点７５が複数特定された場合は、それぞれの距離１０２が算出される。そして、干渉距離算出部２３１は、算出した距離１０２のうち最小の距離を干渉距離Ｄ６とする。
【０１１７】
干渉判定部３１は、干渉距離算出部２３１によって算出された干渉距離Ｄ６が、停止に要する距離より小さい場合、干渉すると判定する。停止に要する距離は、本実施形態では（現在の速度）×（減速にかかる時間）＋（余裕）の式によって推定される。一方、干渉判定部３１は、干渉点７５が特定されなかった場合、及び、干渉距離Ｄ６が停止に要する距離以上である場合には、干渉しないと判定する。
【０１１８】
干渉判定部３１によって干渉すると判定された場合、ベクトル算出部２５１は、引力ベクトルのノルムを０に設定して、自律移動体１が停止するように制御する。すなわち、移動制御部２５は、停止位置６９に向かう途中で、干渉判定部３１によって干渉すると判定された場合、停止するように制御する。
【０１１９】
また、移動制御部２５は、退避行動が選択された場合も、停止位置に移動してから停止するように制御した後、待機位置７１又は迂回路へ退避するように移動を制御する。すなわち、移動制御部２５は、退避行動が選択された場合、上述した停止行動を行ってから退避行動を行うように制御する。このため、停止位置設定部２９は、退避行動が選択された場合も停止位置６９を設定する。
【０１２０】
退避行動として待機行動が選択された場合、移動制御部２５は、停止位置６９から待機位置７１へ退避してから所定時間待機した後、再び元の通路９５に戻るように移動を制御する。そして、移動制御部２５は、再び元の経路６８に従って移動を制御する。退避行動として迂回行動が選択された場合、移動制御部２５は、停止位置６９から迂回路に移動するように制御し、迂回路を通って目的地６７まで移動するように制御する。
【０１２１】
引き続いて、電子制御装置２０による移動制御の処理手順について説明すると共に、自律移動体１の動作について説明する。まず、図１４を参照して、自律移動体による行動選択処理の処理手順を説明する。図１４は、行動選択処理の処理手順を示すフローチャートである。この行動選択処理は、自律移動体１が目的地６７に向かって自律移動しているときに、所定の周期で実行される。
【０１２２】
まず、ステップＳ１０１では、自己位置６４と自己位置６４より前方の複数のサブゴール６３の位置とに基づいて、移動目標方向７２が決定される（図５（ａ））。なお、これに先立って、環境地図上の自己位置６４の推定と、環境地図上の自機周囲の障害物の存在を示す障害物点６５の特定が行われる。次に、ステップＳ１０２では、移動目標方向７２と平行な干渉ゾーン７３が設定され、干渉ゾーン７３内の干渉点７５のうち最も自機に近い最近傍干渉点７９と自律移動体１との間の距離、すなわち干渉距離Ｄ６が算出される（図５（ｂ）（ｃ））。
【０１２３】
続くステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で算出された干渉距離Ｄ６が閾値以下か否かが判定される。これにより、自律移動体１の前方に干渉障害物６６が存在するか否かが判定される。ステップＳ１０３において干渉距離Ｄ６が閾値より大きい場合、ステップＳ１０４へ処理が進む。ステップＳ１０４では、通常行動が選択される。通常行動が選択されると、移動制御部２５による制御により、自律移動体１は、通路９５上を移動目標方向７２へ向かって移動する。
【０１２４】
ステップＳ１０３において、干渉距離Ｄ６が閾値以下である場合、ステップＳ１０５へ処理が進む。ステップＳ１０５では、干渉障害物６６のエッジ点８６が特定される。このエッジ点を特定する処理の処理手順について、図１５を参照して説明する。図１５は、エッジ点８６の特定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【０１２５】
エッジ点の特定処理は、まず、ステップＳ１０５１において、干渉点７５のうち自律移動体１と干渉する可能性があり、最も近い点である最近傍干渉点７９が特定される（図５（ｃ））。次に、ステップＳ１０５２では、最近傍干渉点７９を含み移動目標方向７２に直交する方向に延びたエッジ検出ゾーン８０が、設定される（図６（ａ））。そして、ステップＳ１０５３では、エッジ検出ゾーン８０に含まれる障害物点８２が特定される。すなわち、一纏まりとみなすことができる障害物点８２がクラスタリングされる（図６（ａ））。エッジ検出ゾーン８０に含まれると特定された障害物点８２の隣の障害物点８３が、エッジ検出ゾーン８０に含まれない場合、ステップＳ１０５４では、移動目標方向７２と平行に延びた特異点検出ゾーン８４が設定される（図６（ｂ））。
【０１２６】
続くステップＳ１０５５では、エッジ検出ゾーン８０と特異点検出ゾーン８４とが重なる領域８５（図６（ｂ）においてクロスハッチングされた領域）に障害物点６５が存在するか否かに基づいて、障害物点８３が特異点か否かを判定する。そして、障害物点８３が特異点であれば、領域８５内に存在する障害物点６５も含めてクラスタリングする。そして、ステップＳ１０５６では、クラスタリングされた障害物点６５のうち、移動目標方向７２と略直交する方向に最も離れた２つの障害物点をエッジ点８６として特定する（図６（ｂ））。以上の処理により、２つのエッジ点８６が特定される。その後、図１４のステップＳ１０６へ処理が移行する。
【０１２７】
ステップＳ１０６では、干渉障害物６６を回避するための回避方向９０が選択される（図７（ａ）（ｂ））。そして、ステップＳ１０７では、干渉障害物６６を回避する場合に通過する回避通過点９１と経路６８との間の最短距離である通過点距離Ｄ７が算出される（図７（ｃ））。
【０１２８】
ステップＳ１０８では、回避通過点９１と経路６８との間の通過点距離Ｄ７が、経路余裕Ｄ３以下か否かが判定される。これにより、通路９５上において干渉障害物６６を回避できるか否かが判定される。ステップＳ１０８において、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３以下である場合、ステップＳ１０９へ処理が進む。ステップＳ１０９では、回避行動が選択される。回避行動が選択されると、移動制御部２５による制御により、自律移動体１は、通路９５上において、干渉障害物６６を回避するために、回避方向９０へ向かって移動する。
【０１２９】
ステップＳ１０８において、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３より大きい場合、ステップＳ１１０へ処理が進む。ステップＳ１１０では、干渉障害物６６について、移動目標方向７２と略直交する方向の大きさＤ８が算出される。続くステップＳ１１１では、干渉障害物６６の大きさＤ８と自機の大きさＤ２との合計値が、空間サイズＤ１より小さいか否かが判定される。これにより、計画された経路を含む通路９５上で、干渉障害物６６と自律移動体とがすれ違うことができるか否かが判定される。
【０１３０】
ステップＳ１１１において、干渉障害物６６の大きさＤ８と自機の大きさＤ２との合計値が、空間サイズＤ１より小さい場合、ステップＳ１１２に処理が進む。ステップＳ１１２では、停止行動が選択される。ステップＳ１１１において、干渉障害物６６の大きさＤ８と自機の大きさＤ２との合計値が、空間サイズＤ１以上である場合、干渉障害物６６とすれ違うことができないと自律移動体１によって判断され、ステップＳ１１３に処理が進む。ステップＳ１１３では、退避行動が選択される。
【０１３１】
次に、図１６を参照して、停止行動が選択された場合の移動制御処理の処理手順について説明する。図１６は、停止行動時の移動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【０１３２】
まず、ステップＳ１２１では、一時停止するために移動する方向が決定される（図１０）。本実施形態では、移動する方向として回避方向９０が選択される。次に、ステップＳ１２２では、停止位置６９が通路９５の端に設定される。ステップＳ１２３では、停止位置６９へ移動してから停止するように移動制御が行われる。この際、干渉判定が実行され、近づいてくる未知の障害物に干渉するおそれが高いと判定されると、停止位置６９に到達していなくても停止するように制御される。
【０１３３】
ステップＳ１２４では、停止位置６９で所定時間待機するように制御される。その後、ステップＳ１２５では、障害物情報に基づいて、干渉障害物６６がいなくなったことが確認されると、ステップＳ１２６では、元の計画された経路６８に基づく移動制御に復帰する。以上の処理により、自律移動体１が通路９５の端によけて停止するので、自律移動体１が干渉障害物６６に道を譲ることができる。このため、干渉障害物６６が人であれば、ストレスなく前進することができる。そして、自律移動体１は、干渉障害物６６がいなくなると、元の経路６８に従った移動を再開する。
【０１３４】
次に、図１７を参照して、退避行動のうち待機行動と迂回行動とのいずれかの行動を選択する行動選択処理の処理手順を説明する。図１７は、待機行動と迂回行動との選択処理の処理手順を示すフローチャートである。
【０１３５】
ステップＳ１３１では、障害物点６５に基づく干渉障害物６６の位置と、干渉障害物６６の大きさＤ８を用いて、通過できない通路が特定される。次に、ステップＳ１３２では、待機位置７１を設定可能な経路余裕Ｄ３を有する退避路７０が特定される。そして、ステップＳ１３３では、退避路７０上に待機位置７１が設定される。続くステップＳ１３４では、自己位置６４から待機位置７１までの経路計画が行われ、待機行動が選択された場合の目的地までの到達時間が算出される。
【０１３６】
また、ステップＳ１３５では、干渉障害物６６が存在する経路を迂回する迂回路９７が探索される。次に、ステップＳ１３６では、迂回行動が選択された場合の目的地までの到達時間が算出される。続いて、ステップＳ１３７では、待機行動は迂回行動より目的地までの到達時間が速いか否かが判断される。
【０１３７】
ステップＳ１３７において、待機行動が迂回行動より到達時間が速い場合は、処理がステップＳ１３８へ進む。ステップＳ１３８では、待機行動が選択される。ステップＳ１３７において、待機行動が迂回行動より到達時間が遅い場合、及び待機行動と迂回行動との到達時間が同じ場合は、処理がステップＳ１３９へ進む。ステップＳ１３９では、迂回行動が選択される。
【０１３８】
引き続いて、図１８を参照して、退避行動が選択されてから待機行動又は迂回行動を行うまでの自律移動体１の動きについて説明する。図１８は、退避行動が選択された場合の動作を示すタイミングチャートである。
【０１３９】
行動選択部２４は、所定の周期で行動を選択する。移動制御部２５は、行動選択部２４による選択結果、及び、タイミングに基づいて、電動モータ１５を制御する。図１８に示される例のように、通常行動が選択されていた状態から退避行動が選択されると、移動制御部２５は、停止行動を開始するように電動モータ１５を制御する。停止位置設定部２９によって停止位置６９が設定され、停止位置６９に向けて減速しながら移動し、停止位置６９で停止するように、電動モータ１５が制御される。
【０１４０】
連続して再度、退避行動が選択されると、行動選択部２４によって退避経路計画部３０に、待機位置までの経路計画及び迂回路９７の経路計画が要求される。そして、退避経路計画３０によって待機位置までの経路計画及び迂回路の経路計画が行われる。この経路計画が行われている間、行動選択部２４によって退避行動が選択され続けていれば、自律移動体１は、停止位置６９で停止した状態となるように制御される。例えば、経路計画が行われている間に、人である干渉障害物６６が自律移動体１を避けて通過した場合等により、再び元の計画された経路６８に従って自律移動体１が移動できる状態になった場合、通常行動が選択される。この場合は、元の経路計画に復帰する。
【０１４１】
待機位置までの経路計画及び迂回路９７の経路計画が、退避経路計画部３０によって出力されると、それぞれの目的地６７までの到達時間が算出され、算出された到達時間に基づいて、待機行動又は迂回行動が選択される。そして、選択された退避行動が行われる。なお、上述した図１７のステップＳ１３５において、迂回路９７が探索された結果、迂回路が存在しない場合は、ステップＳ１３７において待機行動が選択される。また、図１７のステップ１３２において退避路７１が決定されなかった場合は、退避路７１及び迂回路９７が存在しないので、停止行動が選択される。そして、停止後、例えば、自律移動体１が備えるディスプレイにエラー表示が行われるか、又は、エラーが発生した旨の音声が再生される。
【０１４２】
迂回行動が選択された場合は、計画された迂回路９７を通って目的地６７まで移動するように電動モータ１５が制御される。待機行動が選択された場合は、待機位置７１に向けて減速しながら移動し、待機位置７１で停止するように電動モータ１５が制御される。そして、待機位置７１で停止した状態で、所定時間が経過した後、元の通路９５に戻って、元の計画された経路に従って移動するように電動モータ１５が制御される。
【０１４３】
本実施形態では、退避行動が１度選択されただけでは退避行動に移行せず、複数回連続して退避行動が選択された場合に、退避行動に移行するように制御が行われる。このため、センサノイズ等によって誤って退避行動が選択された場合に、前進できるにもかかわらず、退避行動が実行されることを防止できる。
【０１４４】
また、退避行動が選択された場合においても、停止行動を行うことにより、一旦道を譲る行動を行うことができる。そして、停止している間にも行動を選択する処理を行うので、道を譲る行動の間に干渉障害物６６の動きを判定し、状況に応じて、元の通路９５に戻るか、退避行動を行うか選択することができる。これにより、自律移動体１と対向する人のストレスを軽減でき、自律移動体１は、最小限の時間で目的地に到達することができる。
【０１４５】
以上説明した本実施形態に係る自律移動体１は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が空間サイズＤ１より小さい場合に、停止行動を選択する。これにより、通路９５上において自律移動体１が干渉障害物６６とすれ違うだけの余裕がある状況においては、停止行動が選択される。従って、干渉障害物６６が人である場合には、自律移動体１が停止した状態で、自律移動体１と人とが通路９５上ですれ違うことができる。また、自律移動体１は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が空間サイズＤ１以上である場合に、退避行動を選択する。これにより、通路９５上において自律移動体１が干渉障害物６６とすれ違うだけの余裕がない状況においては、退避行動が選択される。このため、自律移動体１が停止しても干渉障害物６６とすれ違うことができない場合、自律移動体１が退避する。従って、通路９５上に干渉障害物１が存在する場合、自律移動体１が状況に応じて適切に停止行動又は退避行動を行うことができる。また、本実施形態では、自律移動体１が、周囲の状況に応じて、回避行動、停止行動、待機行動、迂回行動のいずれが適切か判断することにより、目的地６７に速やかに移動することができる。
【０１４６】
上述した行動の選択を行わずに仮想ポテンシャル法を用いて移動制御を行う場合、干渉障害物６６を通路９５上で回避できない状況では、干渉障害物６６の存在による斥力と目的地６７へ向かう引力とがつり合う場合がある。この場合、自律移動体は、干渉障害物６６を前にして前後に繰り返して移動する。これに対して、本実施形態に係る自律移動体１は、回避行動と、停止行動、及び退避行動を状況に応じて選択するので、回避行動ができないと判断した場合は、回避行動を行わず、停止行動又は退避行動を行う。従って、仮想ポテンシャル法を用いた移動制御において、自律移動体１が干渉障害物６６を前にして前後に繰り返して移動する行動を防止することができる。
【０１４７】
また、自律移動体１は、障害物が存在する障害物点６５のうち自機と干渉する最も近い最近傍干渉点７９を特定する。そして、自律移動体１は、障害物点６５の中から、最近傍干渉点７９を含み移動目標方向７２に直交する方向に延びたエッジ検出ゾーン７３に含まれる複数の障害物点８２を特定する。これにより、自律移動体１は、最近傍干渉点７９と一纏まりとみなすことができる障害物点８２をクラスタリングすることができる。そして、自律移動体１は、エッジ検出ゾーン７３内における一纏まりとみなした障害物について、２つのエッジ点８２間の距離を干渉障害物６６の大きさＤ８として算出する。これにより、自機の前方に位置する干渉障害物６６のエッジ検出ゾーン７３内の部分について、移動目標方向７２に略直交する方向の大きさＤ８を算出することができる。すなわち、移動目標方向７２に位置し、自機との間の距離が最も近い干渉障害物６６について、大きさＤ８を算出することができる。
【０１４８】
上記実施形態において、自機の大きさＤ２が、自機を内包する又は自機と内接する円の直径により近似され、空間サイズＤ１が、自機の大きさＤ２と経路余裕Ｄ３とを用いて示される。これにより、自機の大きさＤ２が、水平方向における自機の最大寸法以上の値を用いて表され、空間サイズＤ１は、自機の最大寸法以上の値と、自機が幅方向に移動可能な距離を用いて表される。従って、自機が何れの方向を向いているかに関わらず、通路９５上において障害物とすれ違うだけの余裕があるか否かを判定することができる。また、空間サイズＤ１が経路余裕Ｄ３を用いて示され、経路余裕Ｄ３が値を任意に変更可能なパラメータを用いて示されることにより、自機が移動する環境に応じてパラメータの値を設定することにより、空間サイズＤ３を環境に応じて定義することができる。
【０１４９】
また、自律移動体１は、停止行動を選択した場合に、停止位置６９を障害物情報に基づいて通路９５の端に設定し、停止位置６９に移動してから停止する。これにより、自律移動体１は、周囲の状況に応じて、干渉障害物６６とすれ違うためによけて停止する停止位置６９を自ら設定して移動することができる。従って、干渉障害物６６が人である場合に、人に道を譲る行動を行うことができる。また、環境によってセンサノイズが発生した場合に、誤って停止行動を選択するたびに、停止することを防止できる。
【０１５０】
また、自律移動体１は、待機行動を選択した場合に、退避路７０上の待機位置７１を自ら設定し、設定した待機位置７１に向かって退避する。これにより、自律移動体１と干渉障害物６６とが通路９５上ですれ違うことができない状況においては、自律移動体１が通路９５から退避することにより、干渉障害物６６が通路９５上を通過可能な状況を作り出すことができる。また、自律移動体１は、迂回行動を選択した場合に、干渉障害物６６が存在する通路９５を迂回する迂回路９７を自ら探索し、探索した迂回路９７に向かって退避する。従って、干渉障害物６６が通路９５上を通過可能な状況を作り出すと共に、自律移動体１は、迂回路９７を通って目的地６７まで移動することができる。更に、自律移動体１は、停止位置６９まで移動して停止してから待機行動又は迂回行動を行うので、干渉障害物６６に道を譲ってから、退避することができる。これにより、自律移動体１と対向する人のストレスを軽減することができる。
【０１５１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、停止行動が選択されたときに、停止位置６９まで移動してから停止することとしたが、その場で停止するように制御してもよい。
【０１５２】
また、例えば、上記実施形態の自律移動体１は、円柱形状の本体１１と本体１１下部にオムニホイールが取り付けられたロボットとしたが、本体１１形状及び移動手段はこれに限られない。
【０１５３】
また、上記実施形態では、待機行動が選択された場合、待機位置７１で停止した状態で、所定時間経過した後、元の通路９５に戻ることとしたが、待機位置７１で停止した状態から元の通路９５に戻る際のトリガは、これに限られない。例えば、待機位置７１で停止した状態で、元の通路９５と退避路７０とが交差するエリアを監視して、干渉障害物６６が移動したことを検出すると、元の通路９５に戻るように構成してもよい。
【０１５４】
また、退避行動中に、障害物情報に基づいて干渉障害物６６を監視して、状況に応じて、元の経路計画に従った移動に復帰してもよい。例えば、干渉障害物６６が自機の目的地６７の方向へ進んでいることが検出された場合は、元の経路計画に従った移動に復帰してもよい。また、干渉障害物６６が存在する領域の先に、経路余裕Ｄ３が比較的大きいエリアがある場合は、元の経路計画に従った移動に復帰してもよい。また、干渉障害物６６が荷物を積んでいる場合に、荷物を下ろすことにより、大きさが小さくなり、自律移動体１が通路９５を通過できる状態になった場合は、元の経路計画に従った移動に復帰してもよい。
【０１５５】
また、上記実施形態では、待機行動と迂回行動のいずれかを選択する際に、待機行動を選択した場合の到達時間と、迂回行動を選択した場合の到達時間を算出し、算出した到達時間に基づいて行動を選択したが、これに限られない。待機行動を選択した場合の移動距離と、迂回行動を選択した場合の移動距離に基づいて、待機行動と迂回行動のいずれかを選択してもよい。この場合、待機行動時に待機する時間をその間に移動できる距離に換算する等して、待機時間を加味して移動距離を算出することが好ましい。
【０１５６】
また、上記実施形態では、自機を内包する又は自機が内接する円の直径を用いて自機の大きさＤ２を表したが、これに限られない。例えば、自律移動体１が有する円柱状の本体１１の両側面に２本のアームがそれぞれ取り付けられていた場合、自律移動体１の幅方向のサイズを自律移動体の大きさとしてもよい。また、上記実施形態では、空間サイズＤ１を、自機の大きさＤ２と経路余裕Ｄ３とを用いて表したが、通路９５の道幅の大きさを用いて示しても良い。
【０１５７】
また、上記実施形態では、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８と空間サイズＤ１とに基づいて、停止行動と退避行動とのいずれかを選択することとしたが、干渉障害物６６の大きさＤ８と経路余裕Ｄ２とに基づいて、停止行動と退避行動とのいずれかを選択してもよい。この場合、停止行動選択部２４３は、干渉障害物６６の大きさＤ８が経路余裕Ｄ３の２倍の大きさより大きい場合に停止行動を選択し、干渉障害物６６の大きさＤ８が経路余裕Ｄ３の２倍の大きさ以下の場合に退避行動を選択する。
【符号の説明】
【０１５８】
１ 自律移動体
１２ レーザーレンジファインダ
１３ 超音波センサ
１４ ステレオカメラ
２２ 記憶部
２４ 行動選択部
２５ 移動制御部
２７ 幅特定部
２９ 停止位置設定部
６５ 障害物点
６６ 干渉障害物
６８ 経路
６９ 停止位置
７０ 退避路
７１ 待機位置
７２ 移動目標方向
７９ 最近傍干渉点
８０ エッジ検出ゾーン
８６ エッジ点
９５ 通路
９７ 迂回路
２３２ 最近傍特定部
２３３ 障害物特定部
２３４ エッジ距離算出部
３０２ 迂回路探索部
Ｄ１ 空間サイズ
Ｄ２ 自機の大きさ
Ｄ３ 経路余裕
Ｄ８ 干渉障害物の大きさ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律的に移動する自律移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、目的地まで自律的に移動する自律移動体が知られている。例えば、下記特許文献１には、レーザーレンジファインダによって障害物を検出し、検出した障害物との干渉を避けて自律的に移動する自律移動体が記載されている。また、下記特許文献２には、超音波センサによって走行方向前方の障害物が検出された場合、赤外センサの出力があれば障害物が人であると判断する自律移動体が記載されている。この自律移動体は、障害物が人であると判断した場合は停止し、人がよけてくれることを期待して一定時間待機する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８８９３０号公報
【特許文献２】特開平９−１８５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２に記載の自律移動体では、障害物が人であると判断して停止した場合であっても、人と自律移動体とがすれ違うだけの余裕が通路になければ、人は自律移動体を避けて通ることができない。そこで、特許文献２に記載の自律移動体において、障害物を検出した場合に、自律移動体が、後方に退避して退避路に移動することも考えられる。しかし、この場合は、通路で障害物とすれ違うことが可能であるときにも退避した場合、目的地に到着するまでの時間が長くなる。このように、障害物との干渉を回避するために自律移動体が行う最適な行動は、状況によって変化する。
【０００５】
そこで本発明は、干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能な自律移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る自律移動体は、計画された経路に従って自律的に移動する自律移動体であって、水平方向の自機の大きさを記憶する記憶手段と、計画された経路が設定され、自機が移動可能な領域である通路の幅方向の大きさを示す通路幅を特定する幅特定手段と、自機周囲の障害物情報を取得する障害物情報取得手段と、障害物情報取得手段によって取得された障害物情報に基づいて、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する算出手段と、記憶手段によって記憶された自機の大きさ、幅特定手段によって特定された通路幅、及び算出手段によって算出された障害物の大きさに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する選択手段と、選択手段によって停止行動が選択された場合、自機を停止させるように制御し、選択手段によって退避行動が選択された場合、自機を退避させるように制御する移動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この本発明に係る自律移動体では、記憶手段が、水平方向の自機の大きさを記憶し、幅特定手段が、計画された経路が設定され、自機が移動可能な領域である通路の幅方向の大きさを示す通路幅を特定する。また、障害物情報取得手段が、自機周囲の障害物情報を取得し、この障害物情報に基づいて、算出手段が、通路面と平行な面において移動目標方向と略直交する方向について、移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する。すなわち、自律移動体がそのまま前進した場合に干渉する可能性のある障害物の大きさが算出される。更に、選択手段は、自機の大きさ、障害物の大きさ、及び通路幅に基づいて、停止行動又は退避行動を選択する。すなわち、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違うことが可能な状況か否かを判断するために必要な情報に基づいて、自律移動体は、停止行動と退避行動とのいずれかを選択する。そして、移動制御手段は、停止行動を選択した場合に、自機が停止するように制御し、退避行動を選択した場合は、自機が退避するように制御する。従って、干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、自律移動体が停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能となる。
【０００８】
上記本発明に係る自律移動体では、選択手段が、自機の大きさと障害物の大きさとの合計値が通路幅より小さい場合に、停止行動を選択し、合計値が通路幅以上である場合に、退避行動を選択することが好ましい。
【０００９】
この好ましい構成によれば、選択手段は、自機の大きさと障害物の大きさとの合計値が通路幅より小さい場合に、停止行動を選択する。すなわち、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違う余裕がある状況においては、自律移動体は停止行動を選択する。このため、障害物が人等の自律的に移動できるものである場合、自律移動体が停止した状態で、障害物が自律移動体をよけて通路上ですれ違うことができる。また、選択手段は、自機の大きさと障害物の大きさとの合計値が上記の通路幅以上である場合に、退避行動を選択する。すなわち、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違う余裕がない状況においては、自律移動体は退避行動を選択する。このため、障害物が人等の自律的に移動できるものである場合、障害物が前進することができる。
【００１０】
上記本発明に係る自律移動体では、算出手段が、障害物情報に基づいて特定された環境地図上の点であって、自機周囲の障害物の存在を示す点の中から、移動目標方向に存在し、自機と最も近い点を特定する最近傍特定手段と、地図上の点の中から、最近傍特定手段によって特定された点を含み移動目標方向と略直交する方向に延びた帯状領域に含まれる点を特定する障害物特定手段とを有し、障害物特定手段によって特定された点を用いて、障害物の大きさを算出することが好ましい。
【００１１】
この好ましい構成によれば、最近傍特定手段が、障害物情報に基づいて特定された環境地図上での点であって、障害物の存在を示す点の中から、移動目標方向に存在し、自機と最も近い点を特定する。そして、障害物特定手段が、障害物の存在を示す地図上の点の中から、最近傍特定手段によって特定された点を含み移動目標方向に略直交する方向に延びた帯状領域に含まれる点を特定する。すなわち、自律移動体は、干渉する可能性があり、自機に最も近い障害物の点と、この障害物の点から移動目標方向と略直交する方向に広がる障害物の点とを、一纏まりとみなしてクラスタリングする。このクラスタリングされた障害物の点は、帯状領域内における一纏まりとみなされた障害物を示し、この障害物は、移動目標方向に存在し、自機との間の距離が最も近い障害物である。従って、算出手段が、特定された点を用いて障害物の大きさを算出することにより、移動目標方向に位置し、自機との間の距離が最も近い障害物について、上記大きさを算出することができる。
【００１２】
上記本発明に係る自律移動体では、算出手段が、障害物特定手段によって特定された複数の点のうち、移動目標方向と略直交する方向に最も離れた２点間の距離を障害物の大きさとして算出することが好ましい。
【００１３】
この好ましい構成によれば、算出手段は、帯状領域内における一纏まりとみなした障害物について、移動目標方向と略直交する方向について両端の点の距離を障害物の大きさとして算出する。従って、自律移動体は、移動目標方向に位置し、自機との間の距離が最も近い障害物について、移動目標方向に略直交する方向の大きさを算出することができる。
【００１４】
上記本発明に係る自律移動体では、記憶手段が、水平な平面において自機を内包する円の直径を自機の大きさとして記憶し、幅特定手段は、通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定し、該移動余裕と自機の大きさとの合計値を通路幅として特定することが好ましい。
【００１５】
この好ましい構成によれば、水平方向の自機の大きさは、自機を内包する円の直径により表される。すなわち、自機の大きさは、水平な平面における自機の最大寸法以上の値を表している。そして、自機が通路において移動可能な幅方向の大きさを示す通路幅は、自機の大きさと、上記移動余裕との合計値として特定される。すなわち、通路幅は、水平な平面における自機の最大寸法以上の値と、自機が幅方向に移動可能な距離との合計値として特定される。従って、自機が何れの方向を向いているかに関わらず、通路上において障害物とすれ違うだけの余裕があるか否かを判定することができる。
【００１６】
上記本発明に係る自律移動体では、移動余裕は、値を任意に変更可能なパラメータを用いて表されることが好ましい。
【００１７】
この好ましい構成によれば、自機が移動する環境に応じてパラメータの値を設定することにより、通路幅を環境に応じて定義することができる。
【００１８】
上記本発明に係る自律移動体では、障害物情報に基づいて通路の端に停止位置を設定する停止位置設定手段を備え、移動制御手段は、選択手段によって停止行動が選択された場合、停止位置設定手段によって設定された停止位置に移動して停止するように制御することが好ましい。
【００１９】
この好ましい構成によれば、自律移動体は、停止行動を選択した場合に、停止位置を自ら設定し、設定した停止位置まで移動して停止する。停止位置は、障害物情報に基づいて、通路の端に設定される。すなわち、自律移動体は、停止行動を選択した場合に、通路の端に寄って停止する。従って、障害物が人である場合、自律移動体が人に道を譲る行動を行うことができる。
【００２０】
上記本発明に係る自律移動体は、通路と交わる退避路上に待機位置を設定する待機位置設定手段を備え、移動制御手段が、選択手段によって退避行動が選択された場合に、待機位置に向かって退避するように制御することが好ましい。
【００２１】
この好ましい構成によれば、自律移動体は、退避行動を選択した場合に、通路と交わる退避路上に待機位置を自ら設定し、設定した待機位置に向かって退避する。これにより、自機と障害物とが通路上ですれ違うことができない状況においては、自機が通路から退避することにより、障害物が通路上を通過可能な状況を作り出すことができる。
【００２２】
上記本発明に係る自律移動体では、移動制御手段が、待機位置に退避してから所定時間待機した後、再び計画された経路に従って移動するように制御することが好ましい。
【００２３】
この好ましい構成によれば、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違うことができない状況において、自律移動体が通路から退避することにより、障害物が通路上を通過可能な状況を作り出し、待機位置で所定時間待機した後、元の計画された経路に従った移動を再開する。従って、障害物が人等の自律的に移動できるものである場合に、障害物が通路を通過すれば、自律移動体が通路に戻って、再び計画された経路に従った移動を再開することができる。
【００２４】
上記本発明に係る自律移動体は、移動目標方向に障害物が存在する通路を迂回する迂回路を探索する探索手段を備え、制御手段は、選択手段によって退避行動が選択された場合、探索手段によって探索された迂回路へ退避するように制御することが好ましい。
【００２５】
この好ましい構成によれば、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違うことができない状況において、自律移動体は、障害物が存在する通路を迂回する迂回路を自ら探索し、探索した迂回路へ退避する。従って、迂回路を通って目的地まで移動することができる。
【００２６】
上記本発明に係る自律移動体では、制御手段が、選択手段によって退避行動が選択された場合、停止位置設定手段によって設定された停止位置に移動して停止するように制御した後、退避するように制御することが好ましい。
【００２７】
この好ましい構成によれば、自律移動体は、停止位置まで移動して停止してから退避行動を行う。すなわち、自律移動体は、通路の端によけて停止した後、退避する。従って、障害物が人である場合に、自律移動体が人に道を譲る行動を行ってから、退避することができる。
【００２８】
本発明に係る自律移動体は、計画された経路に従って自律的に移動する自律移動体であって、計画された経路が設定された通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定する幅特定手段と、自機周囲の障害物情報を取得する障害物情報取得手段と、障害物情報取得手段によって取得された障害物情報に基づいて、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する算出手段と、幅特定手段によって特定された移動余裕と、算出手段によって算出された障害物の大きさとに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する選択手段と、選択手段によって停止行動が選択された場合に、自機を停止させるように制御し、選択手段によって退避行動が選択された場合に、自機を退避させるように制御する移動制御手段とを備えることを特徴とする自律移動体。
【００２９】
この本発明に係る自律移動体では、幅特定手段が、計画された経路が設定された通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定する。また、障害物情報取得手段が、自機周囲の障害物情報を取得し、この障害物情報に基づいて、算出手段が、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する。すなわち、自律移動体がそのまま前進した場合に干渉する可能性のある障害物の大きさが算出される。更に、選択手段は、幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕と、障害物の大きさとに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する。すなわち、自律移動体と障害物とが通路上ですれ違うことが可能な状況か否かを判断するために必要な情報に基づいて、自律移動体は、停止行動と退避行動とのいずれかを選択する。そして、移動制御手段は、停止行動を選択した場合に、自機が停止するように制御し、退避行動を選択した場合は、自機が後方に退避するように制御する。従って、干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、自律移動体が停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、干渉する可能性のある障害物が存在する場合に、停止行動又は退避行動を状況に応じて適切に行うことが可能なとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態に係る自律移動体の概略構成を示す図である。
【図２】自律移動体が備える電子制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】移動制御に用いる各種の情報を説明するための図である。
【図４】自律移動体が行う行動の種類を説明するための図である。
【図５】干渉距離の算出方法を説明するための図である。
【図６】クラスタリング方法を説明するための図である。
【図７】回避通過点と経路との距離を算出する方法を説明するための図である。
【図８】回避行動を選択するか否かを判定する方法を説明するための図である。
【図９】停止行動と回避行動との選択方法を説明するための図である。
【図１０】停止位置の設定方法を説明するための図である。
【図１１】待機位置の設定方法を説明するための図である。
【図１２】停止位置までの距離と速度との関係を示すグラフである。
【図１３】干渉判定の方法を説明するための図である。
【図１４】行動選択処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】エッジ点の特定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】停止行動時の移動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】待機行動と迂回行動との選択処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】退避行動が選択された場合の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。まず、図１を参照して、実施形態に係る自律移動体１の概略について説明する。図１は、自律移動体１の概略構成を示す図である。
【００３３】
本実施形態に係る自律移動体１は、例えば、病院又は工場等の施設内に配備され、目的地までの経路を自ら計画し、計画した経路に従って壁や柱等の障害物を回避しながら自律的に移動するロボットである。なお、本発明に係る自律移動体は、無人搬送台車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等にも適用することができる。自律移動体１は、環境地図に予め記憶した既知の障害物を回避するように経路を計画し、計画した経路に従って移動する際に、遭遇する未知の障害物を各種の障害物センサによって検出する。自律移動体１は、障害物センサを用いて移動目標方向の障害物を検出した場合、その状況に応じて回避行動、停止行動、又は、退避行動のいずれかを自ら選択して自機の移動を制御する。
【００３４】
本実施形態の自律移動体１は、中空円柱状の本体１１を有し、本体１１内に電子制御装置２０が搭載され、本体１１側面に周囲の障害物を検出するための障害物センサが配置されている。自律移動体１は、本実施形態では、障害物センサとして、レーザーレンジファインダ１２、超音波センサ１３、及びステレオカメラ１４を備えている。レーザーレンジファインダ１２、超音波センサ１３、及びステレオカメラ１４は、特許請求の範囲に記載の障害物情報取得手段として機能する。
【００３５】
レーザーレンジファインダ１２は、正面に取り付けられ、自機の周囲を水平方向に中心角２４０°程度の扇状に走査する。すなわち、レーザーレンジファインダ１２は、レーザーを射出し、自機周囲の障害物に反射して戻ってきたレーザーの検出角度、及び、レーザーの電播時間を計測する。そして、レーザーレンジファインダ１２は、計測した伝播時間を用いて自機と障害物との間の距離を算出し、算出した距離及びその角度を障害物情報として電子制御装置２０へ出力する。
【００３６】
超音波センサ１３は、一対の発信器及び受信器を用いて構成され、本実施形態では、１６個の超音波センサ１３が搭載されている。この１６個の超音波センサ１３は、本体１１の周方向に沿って等間隔に本体１１に取り付けられている。なお、図１においては、正面と背面に取り付けられた２個の超音波センサ１３を示し、その他の超音波センサ１３を省略している。１６個の超音波センサ１３は、自機を中心として自機の全周囲３６０°をカバーするように超音波を発信する。
【００３７】
各超音波センサ１３は、超音波を発信した後、自機周囲の障害物に反射して戻ってきた超音波を検出し、超音波の伝播時間を計測する。これにより、自機の周囲３６０°の障害物を検出することができる。各超音波センサ１３は、計測した伝播時間を用いて、自機と障害物との間の距離を算出し、算出した距離を障害物情報として電子制御装置２０へ出力する。
【００３８】
ステレオカメラ１４は、本体１１の上部正面に配置され、ステレオ画像を用いた三角測量の原理に基づいて、自機から障害物までの距離及び角度を算出する。ステレオカメラ１４は、算出した距離及びその角度を障害物情報として電子制御装置２０へ出力する。
【００３９】
自律移動体１は、移動手段として、本体１１の下側に設けられた４つの電動モータ１５と、４つの電動モータ１５の駆動軸それぞれに装着されたオムニホイール１６とを備えている。４つのオムニホイール１６は、同一円周上に９０°ずつ角度をずらして等間隔に配置されている。自律移動体１は、４つの電動モータ１５を独立して制御することにより、４つのオムニホイール１６それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節し、３６０°の任意の方向に移動することができる。すなわち、自律移動体１は、障害物を回避するために、本体１１の向きを変えずに、左右、後方、斜め方向等、任意の方向に移動することができる。
【００４０】
自律移動体１が備える電子制御装置２０は、自律移動体１の制御を総合的に司るものである。電子制御装置２０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに後述する各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置２０は、レーザーレンジファインダ１２、超音波センサ１３、及びステレオカメラ１４とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１５を駆動するドライバ回路等も備えている。
【００４１】
電子制御装置２０は、移動を制御するために主要な構成要素として、障害物情報統合部２１と、記憶部２２と、算出部２３と、行動選択部２４と、移動制御部２５とを備えている。障害物情報統合部２１は、レーザーレンジファインダ１２、超音波センサ１３、及びステレオカメラ１４から出力された障害物情報を入力し、入力した障害物情報を統合する。算出部２３は、障害物情報及び記憶部２２に記憶された各種情報等を用いて状況を解析する。
【００４２】
行動選択部２４は、解析された状況に基づいて、通常行動、回避行動、停止行動、又は、退避行動のいずれかの行動を選択する。そして、移動制御部２５が、選択された行動に基づいて電動モータ１５を制御することにより、自律移動体１は状況に応じた移動を行う。なお、行動選択部２４は、特許請求の範囲に記載の選択手段として機能し、移動制御部２５は制御手段として機能する。
【００４３】
引き続いて、図２を参照して、電子制御装置２０の構成要素についてより詳細に説明する。図２は、電子制御装置２０の構成を示すブロック図である。電子制御装置２０は、算出部２３へ各種の情報を提供するための構成要素として、上述した障害物情報統合部２１及び記憶部２２の他に、経路計画部２６と、幅特定部２７と、自己位置推定部２８とを備える。
【００４４】
記憶部２２は、特許請求の範囲に記載の記憶手段として機能し、水平方向の自機の大きさを予め記憶している。この自機の大きさは、水平な平面において自機が内包される円の直径を用いて表される。本実施形態では、自機の大きさが、水平な平面において自機が内接する円の直径を用いて表され、この場合、水平な平面としては、円の直径が最大となる面が選択される。すなわち、本実施形態では、自機の大きさが、自律移動体１について水平方向の最大寸法を示している。
【００４５】
また、記憶部２２は環境地図を予め記憶している。環境地図は、自律移動体１が移動する環境の地図情報であり、既知の障害物が存在する領域を示す情報である。既知の障害物は、壁、家具、取り付けられた備品等の静止した障害物等である。これらの既知の障害物が存在する領域は、既知の障害物領域として環境地図に予め登録されている。なお、既知の障害物領域は、通路面に置かれた障害物だけでなく、壁面に取り付けられた障害物又は天井から吊り下げられた障害物のうち、自律移動体１と干渉する可能性のある高さに位置する障害物を路面上に投影した領域を含んでもよい。
【００４６】
経路計画部２６は、自律移動体１の現在地を出発地として目的地までの経路を計画する。出発地は、後述する自己位置推定処理により推定してもよいし、ユーザが入力してもよい。目的地は、ユーザが設定してもよいし、自律移動体１が自ら設定してもよい。例えば、自律移動体１自ら、自機の充電が必要なことを検知し、充電器のある充電ステーションまで移動する場合には、環境地図上において予め記憶された充電器の位置を目的地に自ら設定する。
【００４７】
経路計画部２６は、自機の大きさと、環境地図とを用いて、環境地図上の既知の障害物と干渉することなく移動できる経路を抽出する。そして、経路計画部２６は、抽出した複数の経路の中から、出発地と目的地との間をつなぐ最短経路を探索することにより経路を計画する。経路は、人や他の自律移動体が移動する領域にも設定される。例えば、自律移動体１が病院内を移動する場合、病院内の廊下等に経路が設定される。
【００４８】
経路計画部２６は、計画した経路上に複数のサブゴールを設定する。サブゴールは、仮想ポテンシャル法を用いて移動制御を行う際に、移動目標方向への引力を設定するために用いられる点である。図３（ａ）を参照して、サブゴール６３について説明する。図３は、移動制御に用いる各種の情報を説明するための図であり、図３（ａ）は、サブゴール６３を説明するための図である。
【００４９】
図３において、ハッチングで示す領域が、既知の障害物領域６１を示している。既知の障害物領域６１に挟まれた領域が、自律移動体１の通路９５である。すなわち、この通路９５は、自律移動体１が移動可能な領域である。通路９５上には、ライン状の経路６８が計画されている。図３では、黒色の四角形によって３つのサブゴール６３が示されている。なお、サブゴール６３について個々のサブゴールを区別するときは、サブゴール６３１、サブゴール６３２、サブゴール６３３と表記する。
【００５０】
図３（ａ）は、目的地に向かう経路方向が、紙面に向かって左下から右上方向である場合を示す。経路６８は、任意の経路計画手法によって、主に通路９５の幅方向中央に沿って設定される。従って、サブゴール６３は、主に、サブゴール６３１及びサブゴール６３２のように、通路９５の幅方向中央に設定される。ただし、通路９５の奥に既知の障害物が存在する場合、右折又は左折等する場合には、通路９５の中央からずれた位置に経路６８が計画される。この場合、サブゴール６３３のように、通路９５の中央からずれた位置にサブゴール６３が設定される。
【００５１】
経路計画部２６は、サブゴール６３１〜６３３の環境地図上における各位置と、各サブゴール６３１〜６３３の順序とを特定する。各サブゴール６３１〜６３３の順序は、目的地に向かう順に設定される。特定されたサブゴール６３１〜６３３の各位置及び順序は、経路計画部２６によって記憶部２２へ出力され、記憶部２２に記憶される。
【００５２】
幅特定部２７は、特許請求の範囲に記載の幅特定手段として機能し、各サブゴール６３について空間サイズＤ１を特定する。空間サイズＤ１は、通路９５の幅方向の大きさを示す。なお、空間サイズＤ１は、特許請求の範囲に記載の通路幅に相当する。幅方向は、通路９５上において、通路面と平行な面において経路方向と略直交する方向である。図３（ｂ）に示されるように、本実施形態では、空間サイズＤ１は、自機の大きさＤ２と経路余裕Ｄ３とによって表される。自機の大きさＤ２は、上述したように、水平な平面において自機が内接する円の直径である。
【００５３】
経路余裕Ｄ３は、自機の大きさＤ２の円によって近似される自機がサブゴール６３に位置する場合に、自機と壁等の既知の障害物領域６１との間の余裕を示す。すなわち、この経路余裕Ｄ３は、自機の大きさＤ２の円によって近似される自機がサブゴール６３に位置する場合に、幅方向の一方に移動可能な距離を示す。従って、空間サイズＤ１は、Ｄ２＋（Ｄ３×２）によって示される。なお、経路余裕Ｄ３の２倍の大きさ（Ｄ３×２）は、自律移動体１が通路９５において幅方向に移動可能な距離を示し、特許請求の範囲に記載の移動余裕に相当する。
【００５４】
経路余裕Ｄ３は、刻み幅Ｄ４を用いて示される。サブゴール６３を中心とする自機の大きさＤ２の円と、幅方向の一方に位置する壁等の既知の障害物領域６１との距離Ｄ５が、刻み幅Ｄ４のＸ倍より大きく、刻み幅Ｄ４の（Ｘ＋１）倍より小さい場合、経路余裕Ｄ３は刻み幅Ｄ４×Ｘによって示される。図３（ｂ）に示される例では、サブゴール６３を中心とする自機の大きさＤ２の円と既知の障害物領域６１との距離Ｄ５が、刻み幅Ｄ４の２倍より大きく、刻み幅Ｄ４の３倍より小さいので、経路余裕Ｄ３は刻み幅Ｄ４×２によって示される。このような経路余裕Ｄ３を用いて空間サイズＤ１を表すことにより、移動制御上において、自律移動体１が移動可能な空間の幅方向の大きさを空間サイズＤ１によって定義することができる。
【００５５】
刻み幅Ｄ４は、例えば、１０ｃｍ程度に設定される。この刻み幅Ｄ４は、環境に応じて値を変更可能なパラメータである。例えば、病院内等、不特定の人の通りが比較的多い環境では、刻み幅Ｄ４を比較的大きい値として、人に対する安全性を優先してもよい。一方、倉庫内等、関係者以外の人の通りが比較的少ない環境では、刻み幅Ｄ４を比較的小さく設定して、自律移動体１の走行効率を優先してもよい。
【００５６】
幅特定部２７は、環境地図に基づいて、各サブゴール６３の経路余裕Ｄ３を特定し、経路余裕Ｄ３と自機の大きさＤ２とによって表される空間サイズＤ１を取得する。そして、生成された各サブゴール６３の空間サイズＤ１は、記憶部２２に記憶される。
【００５７】
自己位置推定部２８は、デットレコニング（Ｄｅａｄ−ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）技術及びＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）技術を利用して、環境地図上における自律移動体１の位置を推定する。
【００５８】
デッドレコニング技術は、電動モータ１５の回転量から移動ロボットの移動量を算出する技術である。本実施形態では、４つの電動モータ１５それぞれの駆動軸に、駆動軸の回転角度を検出するエンコーダが取り付けられている。自己位置推定部２５は、エンコーダから出力される各電動モータ１５の回転角度から、初期位置又は前回推定された自己位置からの自律移動装置１の移動量を演算する。
【００５９】
ＳＬＡＭ技術は、センサを用いて移動ロボット周囲の環境形状を把握し、その形状データをもとに、環境地図を作成すると共に、ロボットの自己位置を推定する技術である。本実施形態では、自己位置推定部２８が、障害物情報統合部２１によって統合された障害物情報を用いて自機周囲の環境形状を把握する。
【００６０】
より具体的には、自己位置推定部２８は、障害物情報統合部２１から入力した障害物情報に基づき、自機を中心とした二次元の極座標上において、自機周囲の障害物の存在を示す障害物点を特定する。そして、自己位置推定部２８は、電動モータ１５の移動量を参照して、極座標上の障害物点と、直交座標で示された環境地図上における既知の障害物領域６１とを照合し、環境地図上における極座標の中心を自己位置と推定する。
【００６１】
また、図３（ｃ）に示すように、環境地図上の自己位置６４が推定されると、障害物情報統合部２１は、自機周囲の障害物の存在を示す障害物点６５の位置を環境地図上において特定する。なお、図３（ｃ）において、障害物点６５を白抜の三角により示している。
【００６２】
次に、自律移動体１が行う行動の種類について説明する。自律移動体１が行う行動には、通常行動、回避行動、停止行動、及び退避行動の４つがある。そして、退避行動には、更に細かく分けて、待機行動と迂回行動とがある。通常行動は、計画された経路に従って移動する行動であり、干渉する障害物が検出されない場合に選択される行動である。回避行動、停止行動、及び退避行動については、図４を参照して説明する。
【００６３】
図４（ａ）が回避行動を説明するための図であり、図４（ｂ）が停止行動、図４（ｃ）が退避行動のうち待機行動、図４（ｄ）が退避行動のうち迂回行動を説明するための図である。図４において、ハッチングされた矩形状の領域は、既知の障害物領域６１を示し、クロスハッチングされた楕円状の領域は、未知の障害物領域を示している。未知の障害物領域は、環境地図に既知の障害物領域６１として登録されていない領域であり、自律移動体１にとって未知の障害物が存在する領域である。未知の障害物には、人等の動く障害物と、荷物等の静止した障害物とが含まれ、人が台車を押しながら移動している場合等もある。
【００６４】
図４に示す破線は、計画された経路６８を示している。既知の障害物を避けるように経路６８が計画される。このため、移動中において、自律移動体１の移動目標方向に未知の障害物が出現する場合がある。この場合、自律移動体１は、そのまま前進した場合に干渉する干渉障害物６６が存在することを障害物情報に基づいて検出し、回避行動、停止行動、又は退避行動のいずれかを選択する。
【００６５】
回避行動は、通路９５上において干渉障害物６６を回避して目的地６７へ向かって進む行動である。このため、回避行動は、干渉障害物６６と既知の障害物領域６１との間に、自律移動体１が通過する余裕がある場合に選択される。図４（ａ）において、一点鎖線で示す線が、回避行動時の移動を示している。
【００６６】
停止行動は、通路９５の端に寄って停止する行動である。干渉障害物６６と既知の障害物領域６１との間に自律移動体１が通過する余裕がない場合であっても、自律移動体１と干渉障害物６６とがそれぞれ端に寄ってくれれば、自律移動体１と干渉障害物６６とが通路９５上ですれ違うことができる場合がある。自律移動体１が通路９５上で干渉障害物６６とすれ違うことができれば、退避行動を行うより効率的に目的地６７へ到達することができる。そこで、通路９５上で自律移動体１が干渉障害物６６とすれ違うだけの余裕がある場合には、停止行動が選択される。この場合、自律移動体１は、停止位置６９を自ら設定する。図４（ｂ）において、一点鎖線で示す線が、停止行動時の移動を示している。
【００６７】
退避行動は、干渉障害物６６が存在する通路９５から退避する行動である。通路９５上で干渉障害物６６とすれ違うだけの余裕がない場合に、退避行動が選択される。退避行動のうち待機行動は、通路９５と交わる退避路７０に退避して、待避位置で待機する行動である。これにより、干渉障害物６６が人等の自律して移動可能なものである場合、干渉障害物６６が通路９５を通過することができる。待機行動を行う場合、自律移動体１は、待機位置７１を自ら設定する。図４（ｃ）において、一点鎖線で示す線が、待機行動時の移動を示している。
【００６８】
退避行動のうち迂回行動は、干渉障害物６６が存在する通路９５を迂回する行動である。この場合、自律移動体１は、干渉障害物６６が存在する通路９５を迂回する迂回路９７を通って、目的地６７まで移動する。図４（ｄ）において、一点鎖線で示す線が、迂回行動時の移動を示している。なお、図４（ｃ）（ｄ）では、待機行動時及び迂回行動時に、自律移動体１が干渉障害物６６の手前の位置１００から後方の通路に移動する場合を示しているが、位置１００の左右に通路があれば、位置１００から左右に移動してもよい。また、位置１００と干渉障害物６６との間に左右の通路があれば、前進してから左右に移動してもよい。
【００６９】
自律移動体１が状況に合わせて行動を選択するために、算出部２３は、干渉距離算出部２３１と、最近傍特定部２３２と、障害物特定部２３３と、通過点距離算出部２３４と、エッジ距離算出部２３５と、到達時間算出部２３６とを備える。そして、行動選択部２４は、通常行動選択部２４１と、回避行動選択部２４２と、停止行動選択部２４３と、退避行動選択部２４４とを備える。
【００７０】
干渉距離算出部２３１は、通常行動選択部２４１が通常行動を選択するか否か判定するために干渉距離を算出する。干渉距離は、自律移動体１と干渉障害物６６との間の距離である。図５を参照して、干渉距離算出部２３１による干渉距離の算出方法について説明する。図５は、干渉距離の算出方法を説明するための図である。
【００７１】
まず、図５（ａ）に示すように、干渉距離算出部２３１は移動目標方向７２を決定する。干渉距離算出部２３１は、自己位置推定部２８によって推定された自己位置６４から一定範囲内のサブゴール６３を特定し、自己位置６４から一定範囲内の各サブゴール６３に向かうベクトルを設定する。図５（ａ）に示す例では、自己位置６４より前方のサブゴール６３２，６３３に向かうベクトルが設定される。そして、干渉距離算出部２３１は、設定した複数のベクトルの合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの方向を移動目標方向７２とする。この移動目標方向７２は、自律移動体１が移動する目標となる方向であり、仮想ポテンシャル法を用いて移動を制御する際の引力方向となる。
【００７２】
次に、図５（ｂ）に示すように、干渉距離算出部２３１は、干渉ゾーン７３を設定する。干渉ゾーン７３は、移動目標方向７２と平行に延びた帯状の領域であり、移動目標方向７２と垂直な幅方向の大きさ７４は、自機の大きさＤ２又は自機の大きさＤ２に余裕を加えた大きさに設定される。また、干渉ゾーン７３は、幅方向の中央に自己位置６４が位置するように設定される。そして、干渉距離算出部２３１は、障害物情報によって特定される障害物点６５のうち、自己位置６４より前方の干渉ゾーン７３内に位置する障害物点６５を干渉点７５として特定する。図５（ｂ）において、特定される干渉点７５を黒色の三角で示し、その他の障害物点６５を白色の三角で示している。なお、図５においては、干渉障害物６６を破線で示している。
【００７３】
最後に、図５（ｃ）に示すように、干渉距離算出部２３１は、自律移動体１から各干渉点７５までの距離７６を算出する。距離７６は、移動目標方向７２と平行な方向の距離である。干渉距離算出部２３１は、算出した距離７６のうち最も小さい距離を干渉距離Ｄ６とする。
【００７４】
干渉距離算出部２３１によって算出された干渉距離Ｄ６が予め定められた閾値より大きい場合、及び、干渉距離算出部２３１によって干渉点７５が特定されなかった場合、通常行動選択部２４１は、干渉障害物６６が検出されなかったと判断する。干渉障害物６６が検出されなかったと判断した場合、通常行動選択部２４１は、通常行動を選択する。一方、通常行動選択部２４１は、干渉距離Ｄ６が閾値以下の場合、干渉障害物６６が検出されたと判断し、通常行動を選択しない。この場合、回避行動選択部２４２、停止行動選択部２４３、退避行動選択部２４４によって、通常行動以外の行動が選択される。
【００７５】
干渉距離Ｄ６が閾値以下の場合、最近傍特定部２３２は、干渉点７５のうち自律移動体１と干渉する最も近い点である最近傍干渉点７９を特定する。これにより、最近傍特定部２３２は、特許請求の範囲に記載の最近傍特定手段として機能する。最近傍特定部２３２は、干渉距離算出部２３１によって算出された干渉距離Ｄ６の干渉点７５を最近傍干渉点７９として特定する。図５（ｃ）では、最近傍特定部２３２によって特定される最近傍干渉点７９を黒色の三角で示し、その他の干渉点７５を白色の三角で示している。
【００７６】
障害物特定部２３３は、干渉障害物６６のエッジを特定するために、一纏まりとみなすことができる障害物点６５をクラスタリングする。なお、障害物特定部２３３は、特許請求の範囲に記載の障害物特定手段として機能する。図６を参照して、障害物特定部２３３によるクラスタリングの方法を説明する。図６は、クラスタリングの方法を説明するための図である。
【００７７】
まず、図６（ａ）に示すように、障害物特定部２３３は、エッジ検出ゾーン８０を設定する。エッジ検出ゾーン８０は、移動目標方向７２と垂直に延びた帯状領域であり、移動目標方向７２と平行な幅方向の中央に最近傍干渉点７９が位置するように設定される。エッジ検出ゾーン８０の幅方向の大きさ８１は、任意に設定可能であるが、例えば、１０〜２０ｃｍ程度に設定される。そして、障害物特定部２３３は、障害物点６５の中からエッジ検出ゾーン８０に含まれる障害物点８２を特定し、特定した障害物点８２をクラスタリングする。図６（ａ）において、クラスタリングされた障害物点８２を黒色の三角で示し、その他の障害物点６５を白色の三角で示す。
【００７８】
障害物特定部２３３は、最近傍干渉点７９と近い順に、エッジ検出ゾーン８０内の障害物点８２か否か特定していく。特定された障害物点８２の隣に位置する障害物点８３がエッジ検出ゾーン８０から外れている場合、障害物特定部２３３は、その障害物点８３が特異点か否かの判定を行う。特異点か否かの判定を行うために、図６（ｂ）に示すように、障害物特定部２３３は、特異点検出ゾーン８４を設定する。特異点検出ゾーン８４は、移動目標方向７２と平行に延びた帯状領域であり、移動目標方向７２と垂直な幅方向の中央に、判定対象となる障害物点８３が位置するように設定される。
【００７９】
障害物特定部２３３は、エッジ検出ゾーン８０と特異点検出ゾーン８４とが重なる領域８５内に位置する障害物点６５がある場合には、障害物点８３を特異点と判定し、領域８５内の障害物点６５を含めてクラスタリングを行う。そして、領域８５内の障害物点６５を最近傍干渉点７９と近い順に、エッジ検出ゾーン８０内の障害物点８２か否か判定していく。図６（ｂ）に示す例では、領域８５内の障害物点６５は存在しないので、上記で特定した障害物点８２のみをクラスタリングする。
【００８０】
これにより、エッジ検出ゾーン８０内において、最近傍干渉点７９と一纏まりとみなすことができる障害物点６５が、クラスタリングされる。そして、障害物特定部２３３は、クラスタリングした障害物点８２から、移動目標方向７２と直交するに最も離れた２つの障害物点８２をエッジ点８６として特定する。すなわち、エッジ点８６は、自律移動体１の前方に位置して横方向へ延びた帯状のエッジ検出ゾーン８０内において、干渉障害物６６の両端の位置を示す点とみなすことができる。図６においては、見やすくするために、自機の大きさＤ２を示す円に対して、エッジ検出ゾーン８０の幅を大きく描いているが、実際は、自機の大きさＤ２に対してエッジ検出ゾーン８０の幅が小さいので、２つのエッジ点８６を結ぶ直線は、移動目標方向７２と略垂直となる。
【００８１】
回避行動選択部２４２が、障害物特定部２３３によって特定されたエッジ点８６を有する干渉障害物６６を経路上において回避することが可能か否か判定するために、通過点距離算出部２３４は、通過点距離を算出する。通過点距離は、干渉障害物６６を通路９５上で回避する場合に自律移動体１が通る回避通過点と、計画された経路６８との間の距離である。すなわち、通過点距離算出部２３４は、自律移動体１が干渉障害物６６を回避するために経路６８からどれだけ離れる必要があるのかを算出する。
【００８２】
図７を参照して、通過点距離算出部２３４による回避通過点９１と経路６８との間の距離を算出する方法を説明する。図７は、回避通過点９１と経路６８との距離を算出する方法を説明するための図である。
【００８３】
まず、図７（ａ）に示すように、通過点距離算出部２３４は、回避方向を選択する。通過点距離算出部２３４は、２つのエッジ点８６のうち自己位置６４に近いエッジ点８６を中心とする仮想円８７を設定する。この仮想円８７の半径８８は、自機の大きさＤ２の半分に余裕を加算した安全距離に設定される。このように、エッジ点８６を仮想円８７に設定することにより、自律移動体１を点として扱うことができる。
【００８４】
そして、通過点距離算出部２３４は、自己位置６４を通り仮想円８７に接する２本の接線８９１，８９２を引く。通過点距離算出部２３４は、２本の接線８９１，８９２から一つの接線を選択し、回避方向９０に設定する。図７（ａ）に示す例では、一方の接線８９１が、２つのエッジ点８６に挟まれているので、この一方の接線８９１方向に自律移動体１が移動すれば、干渉障害物６６に干渉する。他方の接線８９２の方向に移動すれば、干渉障害物６６を回避することができる。そこで、通過点距離算出部２３４は、エッジ点８６に挟まれていない方の接線８９２を回避方向９０に設定する。
【００８５】
なお、図７（ｂ）に示す例では、２本の接線８９３，８９４の間に２つのエッジ点８６が位置している。この場合、通過点距離算出部２３４は、自己位置６４に近いエッジ点８６側の接線８９３を回避方向９０に設定する。
【００８６】
次に、図７（ｃ）に示すように、通過点距離算出部２３４は、回避方向９０を示す接線８９と仮想円８７との接点を回避時に通る回避通過点９１として特定する。そして、通過点距離算出部２３４は、サブゴール６３１とサブゴール６３２とを結ぶ経路６８と、回避通過点９１との間の最短距離を通過点距離Ｄ７として算出する。
【００８７】
回避行動選択部２４２は、通過点距離Ｄ７と、直近又は直前のサブゴール６３１の経路余裕Ｄ３とに基づいて、回避行動を選択するか否か判定する。図８を参照して、回避行動を選択するか否か判定する方法について説明する。図８は、回避行動を選択するか否か判定する方法を説明するための図である。
【００８８】
図８（ａ）に示す例のように、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３以下であれば、干渉障害物６６を回避するために、自律移動体１が回避通過点９１にずれた場合であっても、既知の障害物領域６１と自律移動体１との間に余裕がある。そこで、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３以下である場合、回避行動選択部２４２は回避可能と判定する。その結果、回避行動選択部２４２は、回避行動を選択する。
【００８９】
図８（ｂ）に示す例のように、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３より大きい場合、干渉障害物６６を回避するためにずれると、既知の障害物領域６１と干渉する可能性があるため、回避行動選択部２４２は回避不可能と判定する。その結果、回避行動選択部２４２は、回避行動を選択しない。
【００９０】
回避行動選択部２４２が回避行動を選択しなかった場合、停止行動選択部２４３が停止行動と退避行動のいずれかを選択するために、エッジ距離算出部２３５は、２つのエッジ点８６の間の距離を算出する。図９を参照して、停止行動と退避行動との選択方法について説明する。図９は、停止行動と回避行動との選択方法を説明するための図である。
【００９１】
図９（ａ）に示されるように、エッジ距離算出部２３５は、２つのエッジ点８６の間の距離を算出し、算出した距離を干渉障害物６６の大きさＤ８とする。このため、エッジ距離算出部２３５を有する算出部２３は、特許請求の範囲に記載の算出手段として機能する。干渉障害物６６の大きさＤ８は、通路面と平行な面において移動目標方向７２と略直交する方向の大きさであり、干渉障害物６６におけるエッジ検出ゾーン８０内の部分の大きさである。
【００９２】
停止行動選択部２４３は、空間サイズＤ１と、自機の大きさＤ２と、干渉障害物６６の大きさＤ８とに基づいて、停止行動と退避行動のいずれかを選択する。停止行動は、障害物があるために、移動目標方向７２には移動できず、回避行動を行うには道幅の余裕がないが、自律移動体１と干渉障害物６６とが端に寄れば、自律移動体１と干渉障害物６６とが通路９５上においてすれ違うだけの余裕がある場合に選択される。
【００９３】
停止行動選択部２４３は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が、空間サイズＤ１より小さい場合に、通路９５上において自律移動体１と干渉障害物６６とがすれ違うだけの余裕があると判定する。その結果、停止行動選択部２４３は、通路９５の端によけて停止するために、停止行動を選択する。図９（ａ）に示される例では、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が、空間サイズＤ１より小さいので、停止行動が選択される。停止行動選択部２４３は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が、空間サイズＤ１以上である場合に、通路９５において自律移動体１と干渉障害物６６とがすれ違うだけの余裕がないと判定する。その結果、停止行動選択部２４３は、退避行動を選択する。図９（ｂ）に示される例では、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が、空間サイズＤ１以上であるため、退避行動が選択される。
【００９４】
なお、停止行動選択部２４３は、ステレオカメラ１４によって撮影された画像を解析して、干渉障害物６６が人や他の自律移動体等のように避ける行動をとることができる障害物であるか否かを判定し、この判定結果を加味して、停止行動又は待避行動を選択してもよい。この場合、停止行動選択部２４３は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が空間サイズＤ１より小さく、且つ、干渉障害物６６が避ける行動をとることができる障害物である場合に、停止行動を選択する。また、停止行動選択部２４３は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が空間サイズＤ１より小さい場合であっても、干渉障害物６６が避ける行動をとることができる障害物でない場合は、待避行動を選択する。
【００９５】
停止行動が選択された場合に、自ら停止位置を設定するため、電子制御装置２０は停止位置設定部２９を備える。停止位置設定部２９は、通路９５上で干渉障害物６６とすれ違うために通路９５の端によけて停止する停止位置を設定する。この停止位置設定部２９は、特許請求の範囲に記載の停止位置設定手段として機能する。
【００９６】
図１０を参照して、停止位置の設定方法を説明する。図１０は、停止位置の設定方法を説明するための図である。停止位置設定部２９は、上記で設定された回避方向９０を用いて停止位置６９を設定する。停止位置設定部２９は、回避方向９０を示す直線上で、通路９５の端に位置し、且つ、既知の障害物領域６１から余裕を持った位置に停止位置６９を設定する。
【００９７】
一方、退避行動が選択された場合、退避行動選択部２４４は、待機行動と迂回行動とのいずれかを選択する。退避行動選択部２４４は、待機行動と迂回行動とのうち目的地まで到達するのにかかる時間が早い方の行動を選択する。このため、到達時間算出部２３６は、待機行動を選択した場合の目的地までの到達時間と、迂回行動を選択した場合の到達時間とを算出する。
【００９８】
図２に戻って、電子制御装置２０は、到達時間算出部２３６が待機行動と迂回行動との到達時間を算出するために、退避経路計画部３０を備える。退避経路計画部３０は、記憶部２２に記憶された環境地図と、経路計画部２６によって既に計画された経路６８等を利用して、退避経路を探索する。退避経路には、待機行動が選択された場合に用いる待機位置までの経路と、迂回行動が選択された場合に用いる迂回路９７とが含まれる。退避経路計画部３０は、待機位置を設定し、設定した待機位置までの経路を計画する待機位置設定部３０１と、迂回路９７を探索し、迂回路９７を通って目的地６７まで移動する経路を計画する迂回路探索部３０２とを備える。待機位置設定部３０１は、特許請求の範囲に記載の待機位置設定手段として機能し、迂回路探索部３０２は、探索手段として機能する。
【００９９】
図１１を参照して、待機位置設定部３０１による待機位置の設定方法について説明する。図１１は、待機位置の設定方法について説明するための図である。まず、待機位置設定部３０１は、待機位置７１を設定可能な経路余裕Ｄ３を有する退避路７０を特定する。待機位置７１を設定可能な退避路７０としては、干渉障害物６６が存在する通路９５と交わる通路がある。
【０１００】
通路９５において、他の通路と交わる交差点上のサブゴール６３では、交差点以外の通路９５上のサブゴール６３より経路余裕Ｄ３が大きい。従って、待機位置設定部３０１は、例えば、記憶部２２に記憶された各サブゴール６３の経路余裕Ｄ３に基づいて、自己位置６４より後方の、好ましくは、自己位置６４から最も近い交差点上のサブゴール６３を特定する。なお、自己位置６４が交差点のサブゴール６３上であれば、そのサブゴール６３を特定してもよい。また、自己位置６４と干渉障害物６６との間に交差点上のサブゴール６３があり、自己位置６４と干渉障害物６６との間に余裕がある場合には、そのサブゴール６３を特定してもよい。
【０１０１】
そして、待機位置設定部３０１は、特定した交差点上のサブゴール６３の位置で通路９５と交わる通路を、待機位置７１を設定する退避路７０として特定する。次に、待機位置設定部３０１は、特定した退避路７０上において、通路９５の経路７２に対して垂直な直線９６上に待機位置７１を設定する。そして、待機位置設定部３０１は、待機位置７１を一時的な目的地に設定し、自己位置６４から待機位置７１までの経路計画を行う。なお、待機位置設定部３０１は、交差点上のサブゴール６３に限らず、空間サイズＤ１が自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値以上のサブゴール６３を特定し、特定したサブゴール６３付近において、最大限に端に寄った位置を待機位置に設定してもよい。
【０１０２】
迂回路探索部３０２は、干渉障害物６６が存在する通路９５を迂回するための迂回路９７（図４（ｄ））を探索し、自己位置６４から目的地６７までの経路を計画する。なお、待機位置設定部３０１による経路計画と、迂回路探索部３０２による迂回路９７の経路計画とは、環境地図、空間サイズＤ１、自機の大きさＤ２等に基づいて、上述した経路計画部２６による経路計画と同様なアルゴリズムを用いて行われる。
【０１０３】
到達時間算出部２３６は、待機行動を選択した場合の目的地６７までの到達時間と、迂回行動を選択した場合の到達時間とを算出する。到達時間算出部２３６は、待機位置設定部３０１によって計画された経路と、経路計画部２６によって計画された元の経路６８とに基づいて待機行動時の到達時間を算出する。待機行動の到達時間として、自己位置６４から待機位置７１まで移動する時間、待機する時間、及び、待機位置７１から再び元の計画された経路６８に従って目的地６７まで移動する時間の合計値を算出する。
【０１０４】
また、到達時間算出部２３６は、迂回路探索部３０２によって計画された経路に基づいて、迂回行動時の到達時間を算出する。具体的には、到達時間算出部２３６は、迂回行動の到達時間として、自己位置６４から迂回路９７を通って目的地６７まで移動する時間を算出する。
【０１０５】
退避行動選択部２４４は、算出された待機行動と迂回行動の到達時間のうち、到達時間が短い方の行動を選択する。以上、算出部２３の算出結果に基づいて、行動選択部２４が行動を選択する方法について説明した。次に、移動制御部２５が、選択された行動に基づいて、自律移動体１の移動を制御する方法について説明する。
【０１０６】
移動制御部２５は、本実施形態では、仮想ポテンシャル法を用いて、障害物を回避しながら目的地６７までの移動を制御する。仮想ポテンシャル法は、サブゴール６３に対する仮想的な引力ポテンシャル場と、障害物に対する仮想的な斥力ポテンシャル場とを重ね合わせた仮想的なポテンシャル場を生成し、この仮想的なポテンシャル場で生じる力を移動制御に用いる方法である。移動制御部２５は、仮想ポテンシャル法を用いて移動制御を行うために、ベクトル算出部２５１と、出力変換部２５２とを備える。
【０１０７】
ベクトル算出部２５１は、行動選択部２４によって選択された行動に基づいて引力ベクトルを算出する。また、ベクトル算出部２５１は、自己位置６４、自己の移動速度、経路余裕Ｄ３、及び障害物情報に基づいて特定される障害物の位置及び移動速度等に基づいて、斥力ベクトルを算出する。そして、ベクトル算出部２５１は、引力ベクトルと斥力ベクトルの合成ベクトルを算出する。
【０１０８】
出力変換部２５２は、ベクトル算出部２５１によって算出された合成ベクトルを電動モータ１５の出力に変換する。出力変換部２５２は、合成ベクトルのノルムによって示される速度で合成ベクトルの方向へ移動するように、４つの電動モータ１５の出力を調整する。
【０１０９】
通常行動が選択された場合、引力ベクトルは、自己位置６４近傍のサブゴール６３の位置及び距離に基づいて算出される。例えば、引力ベクトルの方向は、上述した移動目標方向７２に設定される。ノルムは、例えば、サブゴール６３毎に割り当てられた所定の入力速度に設定される。これにより、通常行動が選択された場合、移動制御部２５は、計画された経路６８に従うと共に、斥力ベクトルに基づいて障害物を避けながら目的地６７に向かって移動するように電動モータ１５を制御する。
【０１１０】
回避行動が選択された場合、引力ベクトルの方向は、回避方向９０に設定され、ノルムは、例えば、所定の入力速度に設定される。これにより、回避行動が選択された場合、移動制御部２５は、通路９５上において、干渉障害物６６を回避するように電動モータ１５を制御する。
【０１１１】
停止行動が選択された場合、停止位置６９に到達するまで、引力ベクトルの方向は、自己位置６４から停止位置６９に向かう方向に設定され、ノルムは、自己位置６４と停止位置６９との間の距離に応じて設定される。図１２は、停止位置までの距離と速度との関係を示すグラフである。図１２において、横軸が、自己位置６４及び停止位置６９間の距離を示し、縦軸が、停止行動時の引力ベクトルのノルム、すなわち速度を示す。
【０１１２】
図１２に示すように、引力ベクトルのノルムは、自己位置６４と停止位置６９との間の距離が抽出範囲以上である場合、所定の入力速度に設定される。なお、移動目標方向７２を特定する際に、自己位置６４から一定範囲内のサブゴール６３を特定したが、この一定範囲を抽出範囲に設定することができる。引力ベクトルのノルムは、自己位置６４と停止位置６９との間の距離が抽出範囲以下である場合、自己位置６４が停止位置６９に近づくにつれて小さくなり、自己位置６４と停止位置６９との間の距離が余裕αまで近づいた位置で０となる。これにより、自律移動体１は、減速しながら停止位置６９に近づき、ノルムが０の値になると、停止する。余裕αは、本実施形態では、自機の大きさＤ２の半分の値、又は、自機の大きさＤ２の半分の値に任意の余裕を加算した値に設定される。
【０１１３】
仮想ポテンシャル法では、引力ベクトルと引力ベクトルのノルム（速度）をリミットにした斥力ベクトルとを合成して、合力ベクトルを算出する。このため、ノルムが小さくなるほど、障害物を回避する力が小さくなり、障害物を避けにくくなる。このため、電子制御装置２０は、自律移動体１が停止するように移動制御が行われる際に、干渉判定を行う干渉判定部３１を備える。
【０１１４】
図１３を参照して、干渉判定部３１による干渉判定の方法を説明する。図１３は、干渉判定の方法を説明するための図である。干渉判定部３１による干渉判定は、上述した干渉距離算出部２３１によって算出される干渉距離Ｄ６を用いて行われる。
【０１１５】
図１３に示すように、干渉距離算出部２３１は、上記と同様に、干渉ゾーン７３を設定する。干渉ゾーン７３は、移動目標方向７２と平行に延びた帯状の領域であり、移動目標方向７２と垂直な幅方向の大きさ７４は、自機の大きさＤ２又は自機の大きさＤ２に余裕を加えた大きさに設定される。また、干渉ゾーン７３は、幅方向の中央に自己位置６４が位置するように設定される。なお、移動目標方向７２として、自己位置６４から停止位置６９へ向かう方向（回避方向９０）が設定される。
【０１１６】
そして、干渉距離算出部２３１は、障害物情報によって特定される障害物点６５のうち、自己位置６４より前方の干渉ゾーン７２内に位置する干渉点７５を特定する。図１３は、未知の障害物９９が干渉ゾーン７３内に移動して来た場合を示している。干渉距離算出部２３１は、特定した干渉点７５から自律移動体１までの移動目標方向７２に沿った距離１０２を算出する。干渉点７５が複数特定された場合は、それぞれの距離１０２が算出される。そして、干渉距離算出部２３１は、算出した距離１０２のうち最小の距離を干渉距離Ｄ６とする。
【０１１７】
干渉判定部３１は、干渉距離算出部２３１によって算出された干渉距離Ｄ６が、停止に要する距離より小さい場合、干渉すると判定する。停止に要する距離は、本実施形態では（現在の速度）×（減速にかかる時間）＋（余裕）の式によって推定される。一方、干渉判定部３１は、干渉点７５が特定されなかった場合、及び、干渉距離Ｄ６が停止に要する距離以上である場合には、干渉しないと判定する。
【０１１８】
干渉判定部３１によって干渉すると判定された場合、ベクトル算出部２５１は、引力ベクトルのノルムを０に設定して、自律移動体１が停止するように制御する。すなわち、移動制御部２５は、停止位置６９に向かう途中で、干渉判定部３１によって干渉すると判定された場合、停止するように制御する。
【０１１９】
また、移動制御部２５は、退避行動が選択された場合も、停止位置に移動してから停止するように制御した後、待機位置７１又は迂回路へ退避するように移動を制御する。すなわち、移動制御部２５は、退避行動が選択された場合、上述した停止行動を行ってから退避行動を行うように制御する。このため、停止位置設定部２９は、退避行動が選択された場合も停止位置６９を設定する。
【０１２０】
退避行動として待機行動が選択された場合、移動制御部２５は、停止位置６９から待機位置７１へ退避してから所定時間待機した後、再び元の通路９５に戻るように移動を制御する。そして、移動制御部２５は、再び元の経路６８に従って移動を制御する。退避行動として迂回行動が選択された場合、移動制御部２５は、停止位置６９から迂回路に移動するように制御し、迂回路を通って目的地６７まで移動するように制御する。
【０１２１】
引き続いて、電子制御装置２０による移動制御の処理手順について説明すると共に、自律移動体１の動作について説明する。まず、図１４を参照して、自律移動体による行動選択処理の処理手順を説明する。図１４は、行動選択処理の処理手順を示すフローチャートである。この行動選択処理は、自律移動体１が目的地６７に向かって自律移動しているときに、所定の周期で実行される。
【０１２２】
まず、ステップＳ１０１では、自己位置６４と自己位置６４より前方の複数のサブゴール６３の位置とに基づいて、移動目標方向７２が決定される（図５（ａ））。なお、これに先立って、環境地図上の自己位置６４の推定と、環境地図上の自機周囲の障害物の存在を示す障害物点６５の特定が行われる。次に、ステップＳ１０２では、移動目標方向７２と平行な干渉ゾーン７３が設定され、干渉ゾーン７３内の干渉点７５のうち最も自機に近い最近傍干渉点７９と自律移動体１との間の距離、すなわち干渉距離Ｄ６が算出される（図５（ｂ）（ｃ））。
【０１２３】
続くステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で算出された干渉距離Ｄ６が閾値以下か否かが判定される。これにより、自律移動体１の前方に干渉障害物６６が存在するか否かが判定される。ステップＳ１０３において干渉距離Ｄ６が閾値より大きい場合、ステップＳ１０４へ処理が進む。ステップＳ１０４では、通常行動が選択される。通常行動が選択されると、移動制御部２５による制御により、自律移動体１は、通路９５上を移動目標方向７２へ向かって移動する。
【０１２４】
ステップＳ１０３において、干渉距離Ｄ６が閾値以下である場合、ステップＳ１０５へ処理が進む。ステップＳ１０５では、干渉障害物６６のエッジ点８６が特定される。このエッジ点を特定する処理の処理手順について、図１５を参照して説明する。図１５は、エッジ点８６の特定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【０１２５】
エッジ点の特定処理は、まず、ステップＳ１０５１において、干渉点７５のうち自律移動体１と干渉する可能性があり、最も近い点である最近傍干渉点７９が特定される（図５（ｃ））。次に、ステップＳ１０５２では、最近傍干渉点７９を含み移動目標方向７２に直交する方向に延びたエッジ検出ゾーン８０が、設定される（図６（ａ））。そして、ステップＳ１０５３では、エッジ検出ゾーン８０に含まれる障害物点８２が特定される。すなわち、一纏まりとみなすことができる障害物点８２がクラスタリングされる（図６（ａ））。エッジ検出ゾーン８０に含まれると特定された障害物点８２の隣の障害物点８３が、エッジ検出ゾーン８０に含まれない場合、ステップＳ１０５４では、移動目標方向７２と平行に延びた特異点検出ゾーン８４が設定される（図６（ｂ））。
【０１２６】
続くステップＳ１０５５では、エッジ検出ゾーン８０と特異点検出ゾーン８４とが重なる領域８５（図６（ｂ）においてクロスハッチングされた領域）に障害物点６５が存在するか否かに基づいて、障害物点８３が特異点か否かを判定する。そして、障害物点８３が特異点であれば、領域８５内に存在する障害物点６５も含めてクラスタリングする。そして、ステップＳ１０５６では、クラスタリングされた障害物点６５のうち、移動目標方向７２と略直交する方向に最も離れた２つの障害物点をエッジ点８６として特定する（図６（ｂ））。以上の処理により、２つのエッジ点８６が特定される。その後、図１４のステップＳ１０６へ処理が移行する。
【０１２７】
ステップＳ１０６では、干渉障害物６６を回避するための回避方向９０が選択される（図７（ａ）（ｂ））。そして、ステップＳ１０７では、干渉障害物６６を回避する場合に通過する回避通過点９１と経路６８との間の最短距離である通過点距離Ｄ７が算出される（図７（ｃ））。
【０１２８】
ステップＳ１０８では、回避通過点９１と経路６８との間の通過点距離Ｄ７が、経路余裕Ｄ３以下か否かが判定される。これにより、通路９５上において干渉障害物６６を回避できるか否かが判定される。ステップＳ１０８において、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３以下である場合、ステップＳ１０９へ処理が進む。ステップＳ１０９では、回避行動が選択される。回避行動が選択されると、移動制御部２５による制御により、自律移動体１は、通路９５上において、干渉障害物６６を回避するために、回避方向９０へ向かって移動する。
【０１２９】
ステップＳ１０８において、通過点距離Ｄ７が経路余裕Ｄ３より大きい場合、ステップＳ１１０へ処理が進む。ステップＳ１１０では、干渉障害物６６について、移動目標方向７２と略直交する方向の大きさＤ８が算出される。続くステップＳ１１１では、干渉障害物６６の大きさＤ８と自機の大きさＤ２との合計値が、空間サイズＤ１より小さいか否かが判定される。これにより、計画された経路を含む通路９５上で、干渉障害物６６と自律移動体とがすれ違うことができるか否かが判定される。
【０１３０】
ステップＳ１１１において、干渉障害物６６の大きさＤ８と自機の大きさＤ２との合計値が、空間サイズＤ１より小さい場合、ステップＳ１１２に処理が進む。ステップＳ１１２では、停止行動が選択される。ステップＳ１１１において、干渉障害物６６の大きさＤ８と自機の大きさＤ２との合計値が、空間サイズＤ１以上である場合、干渉障害物６６とすれ違うことができないと自律移動体１によって判断され、ステップＳ１１３に処理が進む。ステップＳ１１３では、退避行動が選択される。
【０１３１】
次に、図１６を参照して、停止行動が選択された場合の移動制御処理の処理手順について説明する。図１６は、停止行動時の移動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【０１３２】
まず、ステップＳ１２１では、一時停止するために移動する方向が決定される（図１０）。本実施形態では、移動する方向として回避方向９０が選択される。次に、ステップＳ１２２では、停止位置６９が通路９５の端に設定される。ステップＳ１２３では、停止位置６９へ移動してから停止するように移動制御が行われる。この際、干渉判定が実行され、近づいてくる未知の障害物に干渉するおそれが高いと判定されると、停止位置６９に到達していなくても停止するように制御される。
【０１３３】
ステップＳ１２４では、停止位置６９で所定時間待機するように制御される。その後、ステップＳ１２５では、障害物情報に基づいて、干渉障害物６６がいなくなったことが確認されると、ステップＳ１２６では、元の計画された経路６８に基づく移動制御に復帰する。以上の処理により、自律移動体１が通路９５の端によけて停止するので、自律移動体１が干渉障害物６６に道を譲ることができる。このため、干渉障害物６６が人であれば、ストレスなく前進することができる。そして、自律移動体１は、干渉障害物６６がいなくなると、元の経路６８に従った移動を再開する。
【０１３４】
次に、図１７を参照して、退避行動のうち待機行動と迂回行動とのいずれかの行動を選択する行動選択処理の処理手順を説明する。図１７は、待機行動と迂回行動との選択処理の処理手順を示すフローチャートである。
【０１３５】
ステップＳ１３１では、障害物点６５に基づく干渉障害物６６の位置と、干渉障害物６６の大きさＤ８を用いて、通過できない通路が特定される。次に、ステップＳ１３２では、待機位置７１を設定可能な経路余裕Ｄ３を有する退避路７０が特定される。そして、ステップＳ１３３では、退避路７０上に待機位置７１が設定される。続くステップＳ１３４では、自己位置６４から待機位置７１までの経路計画が行われ、待機行動が選択された場合の目的地までの到達時間が算出される。
【０１３６】
また、ステップＳ１３５では、干渉障害物６６が存在する経路を迂回する迂回路９７が探索される。次に、ステップＳ１３６では、迂回行動が選択された場合の目的地までの到達時間が算出される。続いて、ステップＳ１３７では、待機行動は迂回行動より目的地までの到達時間が速いか否かが判断される。
【０１３７】
ステップＳ１３７において、待機行動が迂回行動より到達時間が速い場合は、処理がステップＳ１３８へ進む。ステップＳ１３８では、待機行動が選択される。ステップＳ１３７において、待機行動が迂回行動より到達時間が遅い場合、及び待機行動と迂回行動との到達時間が同じ場合は、処理がステップＳ１３９へ進む。ステップＳ１３９では、迂回行動が選択される。
【０１３８】
引き続いて、図１８を参照して、退避行動が選択されてから待機行動又は迂回行動を行うまでの自律移動体１の動きについて説明する。図１８は、退避行動が選択された場合の動作を示すタイミングチャートである。
【０１３９】
行動選択部２４は、所定の周期で行動を選択する。移動制御部２５は、行動選択部２４による選択結果、及び、タイミングに基づいて、電動モータ１５を制御する。図１８に示される例のように、通常行動が選択されていた状態から退避行動が選択されると、移動制御部２５は、停止行動を開始するように電動モータ１５を制御する。停止位置設定部２９によって停止位置６９が設定され、停止位置６９に向けて減速しながら移動し、停止位置６９で停止するように、電動モータ１５が制御される。
【０１４０】
連続して再度、退避行動が選択されると、行動選択部２４によって退避経路計画部３０に、待機位置までの経路計画及び迂回路９７の経路計画が要求される。そして、退避経路計画３０によって待機位置までの経路計画及び迂回路の経路計画が行われる。この経路計画が行われている間、行動選択部２４によって退避行動が選択され続けていれば、自律移動体１は、停止位置６９で停止した状態となるように制御される。例えば、経路計画が行われている間に、人である干渉障害物６６が自律移動体１を避けて通過した場合等により、再び元の計画された経路６８に従って自律移動体１が移動できる状態になった場合、通常行動が選択される。この場合は、元の経路計画に復帰する。
【０１４１】
待機位置までの経路計画及び迂回路９７の経路計画が、退避経路計画部３０によって出力されると、それぞれの目的地６７までの到達時間が算出され、算出された到達時間に基づいて、待機行動又は迂回行動が選択される。そして、選択された退避行動が行われる。なお、上述した図１７のステップＳ１３５において、迂回路９７が探索された結果、迂回路が存在しない場合は、ステップＳ１３７において待機行動が選択される。また、図１７のステップ１３２において退避路７１が決定されなかった場合は、退避路７１及び迂回路９７が存在しないので、停止行動が選択される。そして、停止後、例えば、自律移動体１が備えるディスプレイにエラー表示が行われるか、又は、エラーが発生した旨の音声が再生される。
【０１４２】
迂回行動が選択された場合は、計画された迂回路９７を通って目的地６７まで移動するように電動モータ１５が制御される。待機行動が選択された場合は、待機位置７１に向けて減速しながら移動し、待機位置７１で停止するように電動モータ１５が制御される。そして、待機位置７１で停止した状態で、所定時間が経過した後、元の通路９５に戻って、元の計画された経路に従って移動するように電動モータ１５が制御される。
【０１４３】
本実施形態では、退避行動が１度選択されただけでは退避行動に移行せず、複数回連続して退避行動が選択された場合に、退避行動に移行するように制御が行われる。このため、センサノイズ等によって誤って退避行動が選択された場合に、前進できるにもかかわらず、退避行動が実行されることを防止できる。
【０１４４】
また、退避行動が選択された場合においても、停止行動を行うことにより、一旦道を譲る行動を行うことができる。そして、停止している間にも行動を選択する処理を行うので、道を譲る行動の間に干渉障害物６６の動きを判定し、状況に応じて、元の通路９５に戻るか、退避行動を行うか選択することができる。これにより、自律移動体１と対向する人のストレスを軽減でき、自律移動体１は、最小限の時間で目的地に到達することができる。
【０１４５】
以上説明した本実施形態に係る自律移動体１は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が空間サイズＤ１より小さい場合に、停止行動を選択する。これにより、通路９５上において自律移動体１が干渉障害物６６とすれ違うだけの余裕がある状況においては、停止行動が選択される。従って、干渉障害物６６が人である場合には、自律移動体１が停止した状態で、自律移動体１と人とが通路９５上ですれ違うことができる。また、自律移動体１は、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８との合計値が空間サイズＤ１以上である場合に、退避行動を選択する。これにより、通路９５上において自律移動体１が干渉障害物６６とすれ違うだけの余裕がない状況においては、退避行動が選択される。このため、自律移動体１が停止しても干渉障害物６６とすれ違うことができない場合、自律移動体１が退避する。従って、通路９５上に干渉障害物１が存在する場合、自律移動体１が状況に応じて適切に停止行動又は退避行動を行うことができる。また、本実施形態では、自律移動体１が、周囲の状況に応じて、回避行動、停止行動、待機行動、迂回行動のいずれが適切か判断することにより、目的地６７に速やかに移動することができる。
【０１４６】
上述した行動の選択を行わずに仮想ポテンシャル法を用いて移動制御を行う場合、干渉障害物６６を通路９５上で回避できない状況では、干渉障害物６６の存在による斥力と目的地６７へ向かう引力とがつり合う場合がある。この場合、自律移動体は、干渉障害物６６を前にして前後に繰り返して移動する。これに対して、本実施形態に係る自律移動体１は、回避行動と、停止行動、及び退避行動を状況に応じて選択するので、回避行動ができないと判断した場合は、回避行動を行わず、停止行動又は退避行動を行う。従って、仮想ポテンシャル法を用いた移動制御において、自律移動体１が干渉障害物６６を前にして前後に繰り返して移動する行動を防止することができる。
【０１４７】
また、自律移動体１は、障害物が存在する障害物点６５のうち自機と干渉する最も近い最近傍干渉点７９を特定する。そして、自律移動体１は、障害物点６５の中から、最近傍干渉点７９を含み移動目標方向７２に直交する方向に延びたエッジ検出ゾーン７３に含まれる複数の障害物点８２を特定する。これにより、自律移動体１は、最近傍干渉点７９と一纏まりとみなすことができる障害物点８２をクラスタリングすることができる。そして、自律移動体１は、エッジ検出ゾーン７３内における一纏まりとみなした障害物について、２つのエッジ点８２間の距離を干渉障害物６６の大きさＤ８として算出する。これにより、自機の前方に位置する干渉障害物６６のエッジ検出ゾーン７３内の部分について、移動目標方向７２に略直交する方向の大きさＤ８を算出することができる。すなわち、移動目標方向７２に位置し、自機との間の距離が最も近い干渉障害物６６について、大きさＤ８を算出することができる。
【０１４８】
上記実施形態において、自機の大きさＤ２が、自機を内包する又は自機と内接する円の直径により近似され、空間サイズＤ１が、自機の大きさＤ２と経路余裕Ｄ３とを用いて示される。これにより、自機の大きさＤ２が、水平方向における自機の最大寸法以上の値を用いて表され、空間サイズＤ１は、自機の最大寸法以上の値と、自機が幅方向に移動可能な距離を用いて表される。従って、自機が何れの方向を向いているかに関わらず、通路９５上において障害物とすれ違うだけの余裕があるか否かを判定することができる。また、空間サイズＤ１が経路余裕Ｄ３を用いて示され、経路余裕Ｄ３が値を任意に変更可能なパラメータを用いて示されることにより、自機が移動する環境に応じてパラメータの値を設定することにより、空間サイズＤ３を環境に応じて定義することができる。
【０１４９】
また、自律移動体１は、停止行動を選択した場合に、停止位置６９を障害物情報に基づいて通路９５の端に設定し、停止位置６９に移動してから停止する。これにより、自律移動体１は、周囲の状況に応じて、干渉障害物６６とすれ違うためによけて停止する停止位置６９を自ら設定して移動することができる。従って、干渉障害物６６が人である場合に、人に道を譲る行動を行うことができる。また、環境によってセンサノイズが発生した場合に、誤って停止行動を選択するたびに、停止することを防止できる。
【０１５０】
また、自律移動体１は、待機行動を選択した場合に、退避路７０上の待機位置７１を自ら設定し、設定した待機位置７１に向かって退避する。これにより、自律移動体１と干渉障害物６６とが通路９５上ですれ違うことができない状況においては、自律移動体１が通路９５から退避することにより、干渉障害物６６が通路９５上を通過可能な状況を作り出すことができる。また、自律移動体１は、迂回行動を選択した場合に、干渉障害物６６が存在する通路９５を迂回する迂回路９７を自ら探索し、探索した迂回路９７に向かって退避する。従って、干渉障害物６６が通路９５上を通過可能な状況を作り出すと共に、自律移動体１は、迂回路９７を通って目的地６７まで移動することができる。更に、自律移動体１は、停止位置６９まで移動して停止してから待機行動又は迂回行動を行うので、干渉障害物６６に道を譲ってから、退避することができる。これにより、自律移動体１と対向する人のストレスを軽減することができる。
【０１５１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、停止行動が選択されたときに、停止位置６９まで移動してから停止することとしたが、その場で停止するように制御してもよい。
【０１５２】
また、例えば、上記実施形態の自律移動体１は、円柱形状の本体１１と本体１１下部にオムニホイールが取り付けられたロボットとしたが、本体１１形状及び移動手段はこれに限られない。
【０１５３】
また、上記実施形態では、待機行動が選択された場合、待機位置７１で停止した状態で、所定時間経過した後、元の通路９５に戻ることとしたが、待機位置７１で停止した状態から元の通路９５に戻る際のトリガは、これに限られない。例えば、待機位置７１で停止した状態で、元の通路９５と退避路７０とが交差するエリアを監視して、干渉障害物６６が移動したことを検出すると、元の通路９５に戻るように構成してもよい。
【０１５４】
また、退避行動中に、障害物情報に基づいて干渉障害物６６を監視して、状況に応じて、元の経路計画に従った移動に復帰してもよい。例えば、干渉障害物６６が自機の目的地６７の方向へ進んでいることが検出された場合は、元の経路計画に従った移動に復帰してもよい。また、干渉障害物６６が存在する領域の先に、経路余裕Ｄ３が比較的大きいエリアがある場合は、元の経路計画に従った移動に復帰してもよい。また、干渉障害物６６が荷物を積んでいる場合に、荷物を下ろすことにより、大きさが小さくなり、自律移動体１が通路９５を通過できる状態になった場合は、元の経路計画に従った移動に復帰してもよい。
【０１５５】
また、上記実施形態では、待機行動と迂回行動のいずれかを選択する際に、待機行動を選択した場合の到達時間と、迂回行動を選択した場合の到達時間を算出し、算出した到達時間に基づいて行動を選択したが、これに限られない。待機行動を選択した場合の移動距離と、迂回行動を選択した場合の移動距離に基づいて、待機行動と迂回行動のいずれかを選択してもよい。この場合、待機行動時に待機する時間をその間に移動できる距離に換算する等して、待機時間を加味して移動距離を算出することが好ましい。
【０１５６】
また、上記実施形態では、自機を内包する又は自機が内接する円の直径を用いて自機の大きさＤ２を表したが、これに限られない。例えば、自律移動体１が有する円柱状の本体１１の両側面に２本のアームがそれぞれ取り付けられていた場合、自律移動体１の幅方向のサイズを自律移動体の大きさとしてもよい。また、上記実施形態では、空間サイズＤ１を、自機の大きさＤ２と経路余裕Ｄ３とを用いて表したが、通路９５の道幅の大きさを用いて示しても良い。
【０１５７】
また、上記実施形態では、自機の大きさＤ２と干渉障害物６６の大きさＤ８と空間サイズＤ１とに基づいて、停止行動と退避行動とのいずれかを選択することとしたが、干渉障害物６６の大きさＤ８と経路余裕Ｄ２とに基づいて、停止行動と退避行動とのいずれかを選択してもよい。この場合、停止行動選択部２４３は、干渉障害物６６の大きさＤ８が経路余裕Ｄ３の２倍の大きさより大きい場合に停止行動を選択し、干渉障害物６６の大きさＤ８が経路余裕Ｄ３の２倍の大きさ以下の場合に退避行動を選択する。
【符号の説明】
【０１５８】
１ 自律移動体
１２ レーザーレンジファインダ
１３ 超音波センサ
１４ ステレオカメラ
２２ 記憶部
２４ 行動選択部
２５ 移動制御部
２７ 幅特定部
２９ 停止位置設定部
６５ 障害物点
６６ 干渉障害物
６８ 経路
６９ 停止位置
７０ 退避路
７１ 待機位置
７２ 移動目標方向
７９ 最近傍干渉点
８０ エッジ検出ゾーン
８６ エッジ点
９５ 通路
９７ 迂回路
２３２ 最近傍特定部
２３３ 障害物特定部
２３４ エッジ距離算出部
３０２ 迂回路探索部
Ｄ１ 空間サイズ
Ｄ２ 自機の大きさ
Ｄ３ 経路余裕
Ｄ８ 干渉障害物の大きさ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計画された経路に従って自律的に移動する自律移動体であって、
水平方向の自機の大きさを記憶する記憶手段と、
前記計画された経路が設定され、自機が移動可能な領域である通路の幅方向の大きさを示す通路幅を特定する幅特定手段と、
自機周囲の障害物情報を取得する障害物情報取得手段と、
前記障害物情報取得手段によって取得された障害物情報に基づいて、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、前記移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する算出手段と、
前記記憶手段によって記憶された自機の大きさ、前記幅特定手段によって特定された前記通路幅、及び前記算出手段によって算出された障害物の大きさに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する選択手段と、
前記選択手段によって前記停止行動が選択された場合、自機を停止させるように制御し、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合、自機を退避させるように制御する移動制御手段と、
を備えることを特徴とする自律移動体。
【請求項２】
前記選択手段は、前記自機の大きさと前記障害物の大きさとの合計値が前記通路幅より小さい場合に、前記停止行動を選択し、前記合計値が前記通路幅以上である場合に、前記退避行動を選択することを特徴とする請求項１に記載の自律移動体。
【請求項３】
前記算出手段は、
前記障害物情報に基づいて特定された環境地図上の点であって、自機周囲の障害物の存在を示す点の中から、前記移動目標方向に存在し、自機と最も近い点を特定する最近傍特定手段と、
前記地図上の点の中から、前記最近傍特定手段によって特定された点を含み前記移動目標方向と略直交する方向に延びた帯状領域に含まれる点を特定する障害物特定手段と、を有し、
前記障害物特定手段によって特定された点を用いて、前記障害物の大きさを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の自律移動体。
【請求項４】
前記算出手段は、前記障害物特定手段によって特定された複数の点のうち、前記移動目標方向と略直交する方向に最も離れた２点間の距離を前記障害物の大きさとして算出することを特徴とする請求項３に記載の自律移動体。
【請求項５】
前記記憶手段は、水平な平面において自機を内包する円の直径を前記自機の大きさとして記憶し、
前記幅特定手段は、前記通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定し、該移動余裕と前記自機の大きさとの合計値を前記通路幅として特定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律移動体。
【請求項６】
前記移動余裕は、値を任意に変更可能なパラメータを用いて表されることを特徴とする請求項５に記載の自律移動体。
【請求項７】
前記障害物情報に基づいて前記通路の端に停止位置を設定する停止位置設定手段を備え、
前記移動制御手段は、前記選択手段によって前記停止行動が選択された場合、前記停止位置設定手段によって設定された停止位置に移動して停止するように制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律移動体。
【請求項８】
前記通路と交わる退避路上に待機位置を設定する待機位置設定手段を備え、
前記移動制御手段は、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合に、前記待機位置に向かって退避するように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律移動体。
【請求項９】
前記移動制御手段は、前記待機位置に退避してから所定時間待機した後、再び前記計画された経路に従って移動するように制御することを特徴とする請求項８に記載の自律移動体。
【請求項１０】
前記移動目標方向に障害物が存在する通路を迂回する迂回路を探索する探索手段を備え、
前記制御手段は、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合、前記探索手段によって探索された迂回路へ退避するように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律移動体。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合、前記停止位置設定手段によって設定された停止位置に移動して停止するように制御した後、退避するように制御することを特徴とする請求項７に記載の自律移動体。
【請求項１２】
計画された経路に従って自律的に移動する自律移動体であって、
前記計画された経路が設定された通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定する幅特定手段と、
自機周囲の障害物情報を取得する障害物情報取得手段と、
前記障害物情報取得手段によって取得された障害物情報に基づいて、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、前記移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する算出手段と、
前記幅特定手段によって特定された前記移動余裕と、前記算出手段によって算出された障害物の大きさとに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する選択手段と、
前記選択手段によって前記停止行動が選択された場合に、自機を停止させるように制御し、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合に、自機を退避させるように制御する移動制御手段と、
を備えることを特徴とする自律移動体。
【請求項１】
計画された経路に従って自律的に移動する自律移動体であって、
水平方向の自機の大きさを記憶する記憶手段と、
前記計画された経路が設定され、自機が移動可能な領域である通路の幅方向の大きさを示す通路幅を特定する幅特定手段と、
自機周囲の障害物情報を取得する障害物情報取得手段と、
前記障害物情報取得手段によって取得された障害物情報に基づいて、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、前記移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する算出手段と、
前記記憶手段によって記憶された自機の大きさ、前記幅特定手段によって特定された前記通路幅、及び前記算出手段によって算出された障害物の大きさに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する選択手段と、
前記選択手段によって前記停止行動が選択された場合、自機を停止させるように制御し、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合、自機を退避させるように制御する移動制御手段と、
を備えることを特徴とする自律移動体。
【請求項２】
前記選択手段は、前記自機の大きさと前記障害物の大きさとの合計値が前記通路幅より小さい場合に、前記停止行動を選択し、前記合計値が前記通路幅以上である場合に、前記退避行動を選択することを特徴とする請求項１に記載の自律移動体。
【請求項３】
前記算出手段は、
前記障害物情報に基づいて特定された環境地図上の点であって、自機周囲の障害物の存在を示す点の中から、前記移動目標方向に存在し、自機と最も近い点を特定する最近傍特定手段と、
前記地図上の点の中から、前記最近傍特定手段によって特定された点を含み前記移動目標方向と略直交する方向に延びた帯状領域に含まれる点を特定する障害物特定手段と、を有し、
前記障害物特定手段によって特定された点を用いて、前記障害物の大きさを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の自律移動体。
【請求項４】
前記算出手段は、前記障害物特定手段によって特定された複数の点のうち、前記移動目標方向と略直交する方向に最も離れた２点間の距離を前記障害物の大きさとして算出することを特徴とする請求項３に記載の自律移動体。
【請求項５】
前記記憶手段は、水平な平面において自機を内包する円の直径を前記自機の大きさとして記憶し、
前記幅特定手段は、前記通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定し、該移動余裕と前記自機の大きさとの合計値を前記通路幅として特定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律移動体。
【請求項６】
前記移動余裕は、値を任意に変更可能なパラメータを用いて表されることを特徴とする請求項５に記載の自律移動体。
【請求項７】
前記障害物情報に基づいて前記通路の端に停止位置を設定する停止位置設定手段を備え、
前記移動制御手段は、前記選択手段によって前記停止行動が選択された場合、前記停止位置設定手段によって設定された停止位置に移動して停止するように制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律移動体。
【請求項８】
前記通路と交わる退避路上に待機位置を設定する待機位置設定手段を備え、
前記移動制御手段は、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合に、前記待機位置に向かって退避するように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律移動体。
【請求項９】
前記移動制御手段は、前記待機位置に退避してから所定時間待機した後、再び前記計画された経路に従って移動するように制御することを特徴とする請求項８に記載の自律移動体。
【請求項１０】
前記移動目標方向に障害物が存在する通路を迂回する迂回路を探索する探索手段を備え、
前記制御手段は、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合、前記探索手段によって探索された迂回路へ退避するように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律移動体。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合、前記停止位置設定手段によって設定された停止位置に移動して停止するように制御した後、退避するように制御することを特徴とする請求項７に記載の自律移動体。
【請求項１２】
計画された経路に従って自律的に移動する自律移動体であって、
前記計画された経路が設定された通路において自機が幅方向に移動可能な距離を示す移動余裕を特定する幅特定手段と、
自機周囲の障害物情報を取得する障害物情報取得手段と、
前記障害物情報取得手段によって取得された障害物情報に基づいて、通路面と平行な面において自機の移動目標方向と略直交する方向について、前記移動目標方向に存在する障害物の大きさを算出する算出手段と、
前記幅特定手段によって特定された前記移動余裕と、前記算出手段によって算出された障害物の大きさとに基づいて、停止行動又は退避行動を選択する選択手段と、
前記選択手段によって前記停止行動が選択された場合に、自機を停止させるように制御し、前記選択手段によって前記退避行動が選択された場合に、自機を退避させるように制御する移動制御手段と、
を備えることを特徴とする自律移動体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２２４６７（Ｐ２０１２−２２４６７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９１００（Ｐ２０１０−１５９１００）
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、ロボット搬送システム（サービスロボット分野）、全方向移動自律搬送ロボット開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、ロボット搬送システム（サービスロボット分野）、全方向移動自律搬送ロボット開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
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