JP2772682B2 - Travel control device for unmanned vehicles - Google Patents
Travel control device for unmanned vehiclesInfo
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- JP2772682B2 JP2772682B2 JP1226568A JP22656889A JP2772682B2 JP 2772682 B2 JP2772682 B2 JP 2772682B2 JP 1226568 A JP1226568 A JP 1226568A JP 22656889 A JP22656889 A JP 22656889A JP 2772682 B2 JP2772682 B2 JP 2772682B2
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- target point
- area
- robot
- fuzzy
- obstacle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は移動ロボット等の無人移動体の走行制御に
関し、特にファジー推論を用いて無人移動体の周囲状態
を把握し、障害物を好適に回避しながら目的地まで走行
させる無人移動体の走行制御装置において、目的地の位
置だけでなくその停止方向まで指定される場合における
走行技術に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to traveling control of an unmanned mobile such as a mobile robot, and more particularly to grasping the surrounding state of the unmanned mobile by using fuzzy inference and suitably detecting obstacles. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a traveling technique for a travel control device for an unmanned mobile body that travels to a destination while avoiding the situation, in which not only the position of the destination but also a stop direction thereof is specified.
障害物回避の技術としては、従来コンフィギュレーシ
ョン空間による数理計画法あるいはヒューリスティク探
索等があり、これら従来技術では最適な回避ルートある
いは理想曲線を求め、該ルートまたは曲線に沿って移動
ロボットを走行させるようにしていた。かかる従来技術
では、算出した経路を移動ロボットが逸脱する度に、操
舵制御がなされるため、ロボットの動きがぎくしゃく
し、効率良い走行ができないという問題がある。また、
前記従来の技術では、人間が車を運転するときのような
直観的なルート選びができないので、ロボットを滑らか
な曲線に沿って効率良く走行させることができないとい
う問題もある。Conventional techniques for avoiding obstacles include mathematical programming or heuristic search using a conventional configuration space. In these conventional techniques, an optimal avoidance route or an ideal curve is obtained, and a mobile robot travels along the route or the curve. Was like that. In the related art, since the steering control is performed every time the mobile robot deviates from the calculated route, there is a problem that the motion of the robot is jerky and traveling cannot be performed efficiently. Also,
In the above-described conventional technology, there is a problem that a robot cannot travel efficiently along a smooth curve because a route cannot be intuitively selected as in the case of a human driving a car.
ところで、無人移動体を走行制御する場合において
は、目標地点の位置だけでなく該目標地点における移動
体の停止方向も指定される場合がある。かかる場合、従
来は、出発点における車両の位置および方向と目標地点
の位置および方向とを考慮して、これら2点間で急な舵
角制御の必要ない無理のない走行をすることができる理
想曲線を予め設定し、この経路に沿うよう車両の速度お
よび舵角を制御するようにしていた。By the way, when the traveling control of the unmanned mobile body is performed, not only the position of the target point but also the stop direction of the mobile body at the target point may be specified. In such a case, conventionally, in consideration of the position and the direction of the vehicle at the starting point and the position and the direction of the target point, ideally, it is possible to make a reasonable travel between these two points without the need for a sharp steering angle control. A curve is set in advance, and the speed and the steering angle of the vehicle are controlled along this route.
かかる従来方法では、目標点が変化すると、その度に
経路を新たに求めなくてはならず、計算負荷が大きく、
効率が悪いという問題がある。In such a conventional method, when the target point changes, a new route must be obtained each time, and the calculation load is large.
There is a problem of inefficiency.
また、上記理想曲線による方法では、経路中に障害物
が存在してきた場合には、障害物の位置を予め検出し、
該障害物の位置を考慮しながら無理のない走行ができる
経路を計算しなければならず、計算が一層複雑になると
いう不都合がある。In the method using the ideal curve, when an obstacle is present in the route, the position of the obstacle is detected in advance,
It is necessary to calculate a route that allows the vehicle to travel comfortably while taking the position of the obstacle into consideration, which is disadvantageous in that the calculation becomes more complicated.
結局、出発点から目標点までの経路というのは、一意
に定めるべきものではなく、車両が走行しながらその都
度の状況に応じて自由に決定できる人間による走行と同
じようにした方が好ましい。After all, the route from the starting point to the target point should not be uniquely determined, but it is preferable that the vehicle be run in the same way as a human being who can freely determine it according to the situation while the vehicle is running.
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、
目標地点の位置および該目標地点における停止方向が指
定された場合、無人移動体の周りの状態を的確に理解
し、人間の直観によるのと同じようなルート選びを行な
うことにより、無人移動体を滑らかな曲線に沿って効率
良く走行させる無人移動体の走行制御装置を提供しよう
とするものである。The present invention has been made in view of such circumstances,
When the position of the target point and the stop direction at the target point are specified, the state around the unmanned mobile object is accurately understood, and the unmanned mobile object is selected by performing the same route selection as that based on human intuition. An object of the present invention is to provide a travel control device for an unmanned mobile object that travels efficiently along a smooth curve.
この発明では、無人移動体の現在位置および姿勢を逐
次計測する位置姿勢計測手段と、目標地点の位置および
該目標地点における無人移動体の停止方向を設定する目
標地点情報設定手段と、無人移動体の周りに存在する障
害物までの距離を所定角度間隔で全方位にわたって逐次
計測する距離計測手段と、前記設定された停止方向に応
じて前記目標地点を通って停止方向に延びる直線上に第
1,第2の仮の目標地点を選定し、さらに前記目標地点と
この目標地点に近い側の第2の仮の目標地点とを結ぶ線
分の両側に仮想障害物を擬似的に自動設定する擬似設定
手段と、これら位置姿勢計測手段、目標地点情報設定手
段、距離計測手段および擬似設定手段の出力に基づく所
定のファジー推論によって無人移動体の車速および舵角
制御を行なうことにより障害物および前記仮想障害物を
回避しながら第1の仮の目標地点、第2の仮の目標地点
を経由して無人移動体を前記目標地点まで走行させるフ
ァジー制御手段とを具えるようにする。According to the present invention, position and orientation measurement means for sequentially measuring the current position and orientation of the unmanned mobile object, target point information setting means for setting the position of the target point and the stopping direction of the unmanned mobile object at the target point, Distance measuring means for sequentially measuring the distance to obstacles existing around the omnidirectional at predetermined angular intervals in all directions, and a line extending in the stop direction through the target point according to the set stop direction.
1. A second temporary target point is selected, and virtual obstacles are automatically set on both sides of a line connecting the target point and the second temporary target point near the target point. The pseudo setting means and the position and orientation measuring means, the target point information setting means, the distance measuring means and the predetermined fuzzy inference based on the output of the pseudo setting means perform the vehicle speed and steering angle control of the unmanned mobile object to thereby control the obstacle and the obstacle. Fuzzy control means for causing an unmanned mobile to travel to the target point via the first temporary target point and the second temporary target point while avoiding a virtual obstacle is provided.
この発明では、ファジー推論を用いて、走行制御を行
なう。そして、目標地点に関する情報としては、位置だ
けでなく停止方向も指定される。In the present invention, travel control is performed using fuzzy inference. As the information on the target point, not only the position but also the stop direction is specified.
無人移動体は、走行が開始されると、まず、目標地点
を通って指定された停止方向に延びる直線上に第1,第2
の仮の目標地点を選定し、さらに目標地点とこの目標地
点に近い側の第2の仮の目標地点とを結ぶ線分の両側に
仮想障害物を自動設定する。そして最初、前記設定した
2つの仮の目標地点のうち目標地点(真のゴール)から
遠い方の第1の仮の目標地点を目的地として無人移動体
を走行させる。When the unmanned mobile body starts traveling, first, the first and second unmanned moving bodies are drawn on a straight line extending in the designated stopping direction through the target point.
Is selected, and virtual obstacles are automatically set on both sides of a line connecting the target point and a second temporary target point close to the target point. Then, first, the unmanned vehicle is caused to travel with the first temporary target point, which is farther from the target point (true goal), out of the two set temporary target points as the destination.
そして、障害物を回避して第1の仮の目標地点に無人
移動体が到達したとすると、無人移動体は今度は真のゴ
ールに近い側の第2の仮の目標地点を目的地として走行
する。Then, assuming that the unmanned mobile arrives at the first temporary target point while avoiding the obstacle, the unmanned mobile object now travels with the second temporary target point on the side closer to the true goal as the destination. I do.
さらに第2の仮の目標地点に無人移動体が到達したと
すると、今度は設定された目標地点(真のゴール)を目
的地として無人移動体を走行させる。Further, assuming that the unmanned mobile body reaches the second temporary target point, the unmanned mobile body is caused to travel with the set target point (true goal) as a destination.
そして、無人移動体がゴールから所定距離以内に接近
すると、移動体停止のための減速制御が開始される。こ
れにより、移動体は設定された目標地点に、設定された
停止方向をもって確実に停止する。Then, when the unmanned moving body approaches within a predetermined distance from the goal, deceleration control for stopping the moving body is started. As a result, the moving object reliably stops at the set target point in the set stop direction.
以上の制御では、車速およびステアリング制御のため
のファジー規則は出発点から目的地までの全ての走行に
おいて共用される。In the above control, the fuzzy rules for vehicle speed and steering control are shared in all traveling from the starting point to the destination.
以下、この発明の一実施例を添付図面に従って説明す
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
この実施例は移動ロボットに本発明を適用したもので
あり、移動ロボット1は、第2図に示すように、左右一
対の駆動輪2および4個のキャスタ3を有し、左右駆動
輪2が駆動されることにより、走行される。これら駆動
輪2は、第1図に示すように、モータ6によってそれぞ
れ駆動される。各モータ6の回転軸には、パルスエンコ
ーダ5が夫々設けられており、これらパルスエンコーダ
5の出力パルスは、現在位置計測部10に入力されてい
る。In this embodiment, the present invention is applied to a mobile robot. The mobile robot 1 has a pair of left and right drive wheels 2 and four casters 3, as shown in FIG. By being driven, the vehicle travels. These drive wheels 2 are each driven by a motor 6, as shown in FIG. A pulse encoder 5 is provided on the rotation axis of each motor 6, and output pulses of these pulse encoders 5 are input to a current position measuring unit 10.
現在位置計測部10は、各パルスエンコーダ5の出力か
ら左右駆動輪2の回転数を算出し、これら回転数に基づ
きロボット1の絶対座標系における現在位置(X,Y)お
よび姿勢角φを逐次演算出力する。この場合、この演算
には、周知の推測航法を用いるようにしている。The current position measuring unit 10 calculates the rotation speeds of the left and right driving wheels 2 from the outputs of the pulse encoders 5 and sequentially calculates the current position (X, Y) and the posture angle φ of the robot 1 in the absolute coordinate system based on these rotation speeds. Calculation output. In this case, a known dead reckoning is used for this calculation.
ロボット本体上部には、障害物データ計測部20として
のレンジファインダが設けられている。レンジファイン
ダ20は第3図に示すように構成されている。A range finder as an obstacle data measurement unit 20 is provided on the upper part of the robot body. The range finder 20 is configured as shown in FIG.
すなわち、レーザ発振器21からのレーザ光はミラー22
によって反射され、外部へ出力される。ミラー22はモー
タ23によって軸24を中心に回転されているので、レーザ
光は全方位360°方向に出射される。パルスエンコーダ2
5は、モータ25の回転に対応したパルスを出力し、この
パルスをカウンタ26に入力している。カウンタ26は、こ
のパルスをカウントすることにより、ミラー24の回転角
度、すなわちレーザ投光方向を示すレーザ投光角度信号
θを算出し、この角度信号θを演算器30に入力する。レ
ーザ投光角度信号θは、移動ロボット1の向いている方
向を基準方位とし、該基準方位とレーザ投光方向とのな
す角度を示す信号である。That is, the laser beam from the laser oscillator 21 is
Is reflected and output to the outside. Since the mirror 22 is rotated about the axis 24 by the motor 23, the laser light is emitted in all directions at 360 °. Pulse encoder 2
5 outputs a pulse corresponding to the rotation of the motor 25, and inputs this pulse to the counter 26. The counter 26 counts the pulses to calculate a rotation angle of the mirror 24, that is, a laser projection angle signal θ indicating the laser projection direction, and inputs the angle signal θ to the calculator 30. The laser projection angle signal θ is a signal indicating the angle between the reference direction and the laser projection direction, with the direction in which the mobile robot 1 is facing as the reference orientation.
一方、発射されたレーザ光の障害物からの反射光は光
学系27を介してPSD28(半導体位置検出装置)で受光さ
れる。PSD28は、その透光位置を示す信号aをA/D変換器
29を介して演算器30に入力する。On the other hand, the reflected light of the emitted laser light from the obstacle is received by the PSD 28 (semiconductor position detecting device) via the optical system 27. The PSD28 converts the signal a indicating the light transmission position into an A / D converter
It is input to the arithmetic unit 30 via 29.
演算器30では、入力された受光位置信号aおよびレー
ザ投光角度信号θに基づき当該移動ロボットと障害物と
の距離rを全方位に亘って逐次算出し、その演算結果
を、該距離rとレーザ投光角度信号θとを組合わせた
(r,θ)信号として出力する。The arithmetic unit 30 sequentially calculates the distance r between the mobile robot and the obstacle in all directions based on the input light receiving position signal a and the laser projection angle signal θ, and calculates the calculation result as the distance r. The signal is output as a (r, θ) signal in which the laser projection angle signal θ is combined.
なお、上記距離rを求めるための演算内容について
は、本発明と直接には関係しないので、説明を省略する
が、本出願人が昭和63年8月10日に出願した特願昭63−
199315号、「移動体の障害物検出装置」に記載の技術を
用いるようにしている。The details of the calculation for obtaining the distance r are not directly related to the present invention, and therefore the description thereof will be omitted, but the applicant has filed a Japanese Patent Application No. 63-1988 filed on August 10, 1988.
The technology described in 199315, "Mobile obstacle detection device" is used.
ところで、上記レンジファインダ20は全方位に亘って
の距離データrが出力されるものであるが、この実施例
ではレンジファインダ20から5°間隔で全方位の距離デ
ータを出力させるようにしている。すなわち、レンジフ
ァインダ20が1回転されると、レンジファインダ20から
は第4図に示すように72個の距離データ(ri,θi)
(i=0〜71)が出力される。ロボットの進行方向のデ
ータは、θ0=0°であり、後は半時計方向に5°回転
角が進む毎にiは+1ずつ増大してゆく。ただし、この
場合、θはロボットの進行方向を基準方向として、正負
の符号を付けており、θ1〜θ35>0,θ36〜θ71<0で
ある。すなわち、θ35=175°,θ34=170°,……θ1
=5°,θ0=0°,θ71=−5°,θ70=−10°,…
…θ37=−175°,θ36=−180°とする。By the way, the range finder 20 outputs the distance data r in all directions. In this embodiment, the range finder 20 outputs the distance data in all directions at intervals of 5 °. That is, when the range finder 20 is rotated once, the range finder 20 outputs 72 distance data (r i , θ i ) as shown in FIG.
(I = 0 to 71) is output. The data of the traveling direction of the robot is θ 0 = 0 °, and thereafter, i increases by +1 each time the rotation angle advances 5 ° in the counterclockwise direction. However, in this case, θ is given a positive or negative sign with the traveling direction of the robot as a reference direction, and θ 1 to θ 35 > 0 and θ 36 to θ 71 <0. That is, θ 35 = 175 °, θ 34 = 170 °,... Θ 1
= 5 °, θ 0 = 0 °, θ 71 = -5 °, θ 70 = -10 °, ...
... It is assumed that θ 37 = −175 ° and θ 36 = −180 °.
また、このレンジファインダ20においては、計測距離
rに限界があるため、r=ra(例えばra=6m)以内にあ
る障害物の距離しか測定できず、障害物までの距離がra
より大きいとき、または障害物が存在しないときには、
レンジファインダ20からはr=∞(無限大)が出力され
る。Further, in this range finder 20, there is a limit to the measurement distance r, r = r a (e.g. r a = 6 m) can only measure distance obstacles within the distance to the obstacle r a
When larger or when there are no obstacles,
From the range finder 20, r = ∞ (infinity) is output.
この場合、レンジファインダ20は車体上方に取り付け
ているので、障害物の高さがh>h′であるものしか検
知できないが(第2図参照)、レンジファインダ20を車
体前部の低い位置に取り付けることで、より低い高さの
障害物検知をなし得る。In this case, since the range finder 20 is mounted above the vehicle body, only obstacles having a height h> h 'can be detected (see FIG. 2), but the range finder 20 is located at a lower position at the front of the vehicle body. By mounting, obstacle detection at a lower height can be achieved.
次に、第1図において、目標位置設定部40は目標点の
絶対座標(Xc,Yc)および停止方向φcが設定されるも
ので、この目標位置および停止方向G(Xc,Yc,φc)
はオペレータによって走行する前に入力設定される。す
なわち、目標点に関する情報としては、位置ばかりでな
く停止方向も指定される。Next, in FIG. 1, the absolute coordinates (X c, Y c) of the target position setting unit 40 target point and stop those directions phi c is set, the target position and the stop direction G (X c, Y c , φ c )
Is set by the operator before traveling. That is, as the information on the target point, not only the position but also the stop direction is specified.
本装置は、これら障害物データ(r,θ)、ロボットの
現在位置・姿勢データ(X,Y,φ)および目標位置・停止
方向データ(Xc,Yc,φc)に基づき移動ロボットの速
度データvおよび角速度データβを算出し、これをモー
タ駆動装置35に入力することで、モータ駆動装置35が各
モータ6を駆動制御し、障害物を避けながら移動ロボッ
トを目標点まで走行させるとともに、目標点において指
定された停止方向にロボットを停止させるようロボット
を走行させるものであるが、本装置においては擬似デー
タ設定部90、通過可能判定部50、通過領域選択部60およ
び走行制御部70によって次のような処理をそれぞれ施す
ことで走行制御部70から最終出力データv,βを出力する
ようにしている。The apparatus of these obstacle data (r, theta), the current position and orientation data of the robot (X, Y, φ) and the target position and stopped direction data (X c, Y c, φ c) of the mobile robot on the basis of By calculating the velocity data v and the angular velocity data β and inputting them to the motor drive unit 35, the motor drive unit 35 controls the driving of each motor 6 and allows the mobile robot to travel to the target point while avoiding obstacles. In this apparatus, the pseudo data setting unit 90, the passability determination unit 50, the pass area selection unit 60, and the travel control unit 70 are used to make the robot travel so as to stop the robot in the stop direction specified at the target point. By performing the following processes, the final output data v and β are output from the traveling control unit 70.
・擬似データ設定部90 (Xc,Yc,φc)データが入力され、停止方向φcの指
定が有るときには、仮のゴールGS1(X1,Y1),GS
2(X2,Y2)を2つ擬似的に自動設定するとともに、真
のゴール近傍に車庫のごとき仮想障害物を自動的に擬似
設定する。以下、これら仮ゴールの位置データ(X1,
Y1),(X2,Y2)および仮想障害物に関するデータ(位
置,幅等)をまとめて擬似設定データという。- pseudo data setting unit 90 (X c, Y c, φ c) data is input, when there is a specified stop direction phi c is provisional goal GS 1 (X 1, Y 1 ), GS
2 (X 2 , Y 2 ) are pseudo-set automatically, and a virtual obstacle such as a garage is automatically pseudo-set near the true goal. Hereinafter, the position data (X 1 ,
The data (position, width, etc.) relating to Y 1 ), (X 2 , Y 2 ) and the virtual obstacle are collectively referred to as pseudo setting data.
・通過可能判定部50 (r,θ)データおよび(X,Y,φ)データが入力され、
これらデータに基づき走行領域の領域区分を行ない、こ
れら区分けした各領域が通過可能か通過不可能かをそれ
ぞれ決定する。また、前記仮想障害物についても、同様
の通過可能判定処理を行なう。-Passability determination unit 50 (r, θ) data and (X, Y, φ) data are input,
Based on these data, the travel area is divided into areas, and it is determined whether each of the divided areas can pass or cannot pass. Further, the same passability determination processing is performed for the virtual obstacle.
・通過領域選択部60 (r,θ)データ、(X,Y,φ)データ(Xc,Yc,φc)
データおよび前記擬似設定データが入力され、複数の通
過可能領域が有るとき、前記入力データに基づき最適な
通過可能領域を1つ選択する。• Passing area selection unit 60 (r, θ) data, (X, Y, φ) data (X c , Y c , φ c )
When data and the pseudo setting data are input and there are a plurality of passable areas, one optimum passable area is selected based on the input data.
・走行制御部70 (r,θ)データ、(X,Y,φ)データおよび(Xc,Yc,
φc)データおよび前記擬似設定データが入力され、選
択された通過可能領域、仮ゴールGS1,GS2、および真の
ゴールGへ移動ロボットを走行させる走行操舵制御を行
なう。Traveling control unit 70 (r, θ) data, (X, Y, φ) data and (X c , Y c ,
φ c ) data and the pseudo setting data are inputted, and the traveling steering control for causing the mobile robot to travel to the selected passable area, the provisional goals GS 1 and GS 2 , and the true goal G is performed.
ただし、通過領域選択部60および走行制御部70での演
算処理には、ファジー推論部80が用いられ、これらの演
算処理はファジー推論によって実行される。However, the fuzzy inference unit 80 is used for the arithmetic processing in the passage area selecting unit 60 and the traveling control unit 70, and these arithmetic processings are executed by fuzzy inference.
以下、これら構成要素50,60,70,90による演算処理を
さらに具体的に説明していく。Hereinafter, the arithmetic processing by these constituent elements 50, 60, 70, 90 will be described more specifically.
擬似データ設定部90での処理 擬似データ設定部90では、入力された目標地点の位置
および停止方向データ(Xc,Yc,φc)に、停止方向φc
が指定されている場合には、第5図に示すように、ゴー
ル位置Gを通って指定された停止方向φcに延びる線分
E上に2つの擬似的なサブゴールGS1(X1,Y1)、GS
2(X2,Y2)を設定するとともに、ゴールGとサブゴー
ルGS2とを結ぶ線分の両側に車庫のごとき仮想障害物4a,
4bを擬似的に設定する。第5図に示した仮想障害物4a、
4bとは、あくまで概念的なもので、実際には、サブゴー
ルGS1及びゴールGが真中にくるような幅Wbの通過可能
領域、別言すれば、ゲートを設けたということである。Processing in the pseudo data setting unit 90 The pseudo data setting unit 90 adds the stop direction φ c to the input target position and stop direction data (X c , Y c , φ c ).
Is designated, as shown in FIG. 5, two pseudo subgoals GS 1 (X 1 , Y 1) are placed on the line segment E extending in the stop direction φ c designated through the goal position G. 1 ), GS
2 (X 2, Y 2) sets the goal G and subgoals GS 2 and the virtual obstacle 4a such on both sides of the line segment garage connecting,
4b is set in a pseudo manner. The virtual obstacle 4a shown in FIG. 5,
4b and is intended only conceptual, in fact, passable region of the width Wb as subgoals GS 1 and the goal G comes in the middle, in other words, is that providing the gate.
サブゴールGS1,GS2の位置は指定された停止方向φc
に応じて決定される。すなわち、この場合は図示のよう
な停止方向φcであるので、進入方向fa,fbのうち、fa
側を選択する必要があるので、fa側にサブゴールGS1,G
S2を設定する。もし、停止方向φcが180°反対側である
ときは、逆のfb側にサブゴールGS1,GS2を設定する。The positions of subgoals GS 1 and GS 2 are in the specified stopping direction φ c
Is determined according to. That is, this case is in the stop direction phi c as shown, approach direction f a, of f b, f a
Since it is necessary to select the side, subgoal to f a side GS 1, G
Setting the S 2. If the stop direction φ c is 180 ° opposite, the subgoals GS 1 and GS 2 are set on the opposite f b side.
具体的には、擬似データ設定部90では、停止方向φc
に応じてfa側およびfb側のいずれかに、ゴール位置G
(Xc,Yc)から予め設定した所定距離La,Lb離れた線分
E上の点にサブゴールGS1,GS2を設定する。なお、サブ
ゴールGS1は、ロボット1をfa、fbのいずれから進入さ
せるかをロボットに識別させるために設けたものであ
る。また、仮想障害物4a、4bは、サブゴールGS1が真中
にくるよう線分Eから等距離離れた位置に設定する。Specifically, in the pseudo data setting unit 90, the stop direction φ c
The goal position G on either the f a side or the f b side
(X c, Y c) a predetermined distance set in advance from L a, sets the subgoal GS 1, GS 2 to a point on the L b distant segment E. Incidentally, subgoal GS 1 is provided in order to identify whether to enter from either the robot 1 f a, the f b to the robot. The virtual obstacle 4a, 4b is subgoal GS 1 is set at a position equidistant from the line segment E to come in the middle.
そして、擬似データ設定部90は、これらサブゴールGS
1,GS2の位置データ(X1,Y1),(X2,(Y2)と、前記
仮想障害物4a,4bの幅データWbを擬似設定データとし
て、通過可能判定部50、通過領域選択部60および走行制
御部70に入力する。Then, the pseudo data setting unit 90 sets these subgoals GS
1, GS 2 of the position data (X 1, Y 1), (X 2, ( and Y 2), wherein the virtual obstacle 4a, the width data W b of 4b as a pseudo setting data, passable determination unit 50, passage The data is input to the area selection unit 60 and the traveling control unit 70.
ところで、本走行制御においては、停止方向φcが指
定された場合には、まず最初はサブゴールGS1を目的地
とした走行を行ない、このサブゴールGS1に移動体が到
達した後は次にサブゴールGS2を目的地とした走行を行
ない、このサブゴールGS2に移動体1が到達した後は、
真のゴールGを目的地とした走行を行なう。このこと
が、本走行制御を行なう上での大きな前提条件である。Incidentally, in the present running control, when the stop direction phi c is designated, first performs a travel which is destined for subgoal GS 1, then after the mobile has reached the subgoal GS 1 subgoal the GS 2 performs the driving which is the destination, after the moving body 1 in this subgoal GS 2 has reached,
The vehicle travels with the true goal G as the destination. This is a great precondition for performing the actual traveling control.
すなわち、本走行制御では、走行の手順を(1)スタ
ート点→サブゴールGS1(2)サブゴールGS1→サブゴー
ルGS2(3)サブゴールGS2→ゴールG、の3手順に分け
るようにしている。以下、第6図のメインフローチャー
トを参照しながら各構成要素の詳細を説明する。That is, in the traveling control, the traveling procedure is divided into three procedures of (1) start point → subgoal GS 1 (2) subgoal GS 1 → subgoal GS 2 (3) subgoal GS 2 → goal G. Hereinafter, the details of each component will be described with reference to the main flowchart of FIG.
〔・手順(1)〕 すなわち、ゴールGにおける停止方向φcの指定がな
された場合には(第6図ステップ300)、まず最初にサ
ブゴールGS1を目的地として走行制御を行なう(ステッ
プ310)。通常、スタート点からサブゴールGS1までは障
害物が存在し、このステップ310においては、障害物を
避けながらサブゴールGS1に向っての走行制御を行なう
ことになる。[· Step (1)] That is, (FIG. 6 step 300) if the specified stop direction phi c of the goal G is made, first of all performs running control as the destination subgoal GS 1 (step 310) . Usually, from the start point to the subgoal GS 1 is obstacle exists, in step 310 will be performed travel control toward the subgoal GS 1 while avoiding obstacles.
通過可能判定部50での処理 ・領域区分 通過可能判定部50は、レンジファインダ20の出力デー
タ(ri,θi)(i=0〜71)を使ってロボット1を中
心とした全方位360°方向の領域の領域区分を以下のよ
うにして行なう。Processing in the passability determination unit 50-Area division The passability determination unit 50 uses the output data (r i , θ i ) (i = 0 to 71) of the range finder 20 to omnidirectionally 360 around the robot 1. The area division in the ° direction is performed as follows.
すなわち、下記条件判定式 ri+1−Δr<ri<ri+1+Δr (i=0〜70) r0−Δr<ri<r0+Δr(i=71) (ただし、Δr:設定値) … が成立すれば、(ri,θi)と(ri+1,θi+1)とは同一
領域であると判定し、上記判定式が成立しないときは
(ri,θi)と(ri+1,θi+1)とが別領域であると判定
する。ただし、i=71のときに上式の下の式が成立し
たときには、(r71,θ71)と(r0,θ0)とが同じ領域
であると判定する。That is, the following condition determining formulas r i + 1 -Δr <r i <r i + 1 + Δr (i = 0~70) r 0 -Δr <r i <r 0 + Δr (i = 71) ( However, [Delta] r: set Is satisfied, it is determined that (r i , θ i ) and (r i + 1 , θ i + 1 ) are in the same area, and if the above determination formula is not satisfied, (r i , θ i ) and (r i + 1 , θ i + 1 ) are determined to be different areas. However, when the following expression is satisfied when i = 71, it is determined that (r 71 , θ 71 ) and (r 0 , θ 0 ) are in the same region.
つまり、上記判定式は、隣接する計測点の距離デー
タri,ri+1間にΔrより大きな差がない限り、これら測
定点は同一領域であると判定する。かかる領域区分によ
れば、例えば第7図のような障害物4が存在する場合、
BK0,BK1,BK2の3領域に分割される。That is, the determination expression is distance data r i of the adjacent measuring points, as long as there is no significant difference than Δr between r i + 1, these measuring points is determined to be the same region. According to such an area division, for example, when an obstacle 4 as shown in FIG. 7 exists,
It is divided into three areas, BK 0 , BK 1 , and BK 2 .
ところで、前記式による領域分割では、例えば第8
図のように、領域BK0と領域BK2との間に通過できそうな
領域BK1があるにもかかわらず、該領域BK1を別領域とし
て判別することができない。By the way, in the area division by the above equation, for example, the eighth
As shown, Despite the possible likely areas BK 1 passes between the region BK 0 and region BK 2, it is impossible to determine the region BK 1 as a separate region.
そこで,前記条件式に対して下記条件式をさらに
追加するようにする。Therefore, the following conditional expression is further added to the conditional expression.
すなわち、 ri+1−Δr≧ri又はri+1+Δr≦ri (ただし、ri+1≠∞ ri≠∞;i=0〜70) r0−Δr≧ri又はr0+Δr≦ri (ただしri+1≠∞ ri≠∞;i=71) … が成立すれば、(ri,θi)と(ri+1,θi+1)との2計
測点を前後の領域から分離し、これら2計測点のみで形
成される1つの領域を発生させるようにする。かかる判
定式による判定を加えることで、第8図のような場合
でも、領域BK0と領域BK2との間で領域BK1を識別できる
ようにする。 That, r i + 1 -Δr ≧ r i or r i + 1 + Δr ≦ r i ( however, r i + 1 ≠ ∞ r i ≠ ∞; i = 0~70) r 0 -Δr ≧ r i or r 0 + Δr ≦ r i (provided that r i + 1 ≠ ∞ r i ≠ ∞; i = 71) ... if established, 2 measurement of (r i, θ i) and (r i + 1, θ i + 1) The point is separated from the preceding and succeeding regions to generate one region formed by only these two measurement points. The addition of determination by the determination formula, even when the eighth diagram enabling the identification of regions BK 1 between regions BK 0 and region BK 2.
以上、条件式,を用いた領域分割処理が終了する
と、これら分割した領域のそれぞれについて、領域の始
まりを示すスタート点および領域の終了を示すエンド点
を抽出し、スタート点の障害物データを(rs[j],θ
s[j])と、エンド点の障害物データを(re[j],
θe[j])と表わすようにする。ただし、j=0〜n−1
であり、nは領域分割数とする。As described above, when the region division processing using the conditional expression is completed, a start point indicating the start of the region and an end point indicating the end of the region are extracted for each of the divided regions, and the obstacle data at the start point is represented by ( r s [j] , θ
s [j] ) and the obstacle data at the end point (r e [j] ,
θ e [j] ). Where j = 0 to n-1
Where n is the number of area divisions.
・通過可能判定 以上の領域区分処理が終了すると、通過可能判定部50
は、上記分割した各領域が通過可能であるか否かを判定
する。以下、その判定アルゴリズムを第9図のフローチ
ャート等を参照して説明する。-Passability determination When the above-described area division processing is completed, the passability determination unit 50
Determines whether each of the divided areas can pass. Hereinafter, the determination algorithm will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、j=0の分割領域から通過可能か否かの判定処
理を行なう(ステップ100)。First, a determination process is performed to determine whether or not it is possible to pass from the divided area of j = 0 (step 100).
ここで、この装置においては、ロボット1は前方領域
に進むことを前提としており、後方領域と判定された領
域に対してはロボット1を走行させない。Here, in this device, it is assumed that the robot 1 proceeds to the front area, and the robot 1 does not travel in the area determined to be the rear area.
そこで、通過可能判定部50では、当該j=0の分割領
域が前方領域に属するか、後方領域に属するのかを判定
する(ステップ110)。この前方、後方の領域判定にお
いては、車体の向いている方向の左右90°、すなわち−
90°≦θ≦90°を「前方」とし、前記分割した各領域の
うち該「前方」の角度範囲にその領域の一部が全く入っ
ていない分割領域を後方領域に属するものと判定し、そ
れ以外は全て前方領域に属すると判定する。Therefore, the passability determination unit 50 determines whether the divided region of j = 0 belongs to the front region or the rear region (Step 110). In this front / rear area determination, 90 ° left / right in the direction in which the vehicle is facing, that is, −
90 ° ≤ θ ≤ 90 ° as `` front '', and among the divided regions, it is determined that a divided region that does not include any part of the region in the angle range of `` front '' belongs to the rear region, All others are determined to belong to the front area.
したがって、第10図(a)のような場合は、分割領域
BK0〜BK5のうち、BK0,BK1,BK2,およびBK5が前方領域
に属し、BK3およびBK4は後方領域に属していると判定す
る。また、第10図(b)のような場合は、分割領域BK0
〜BK3の全てが前方領域に属していると判定する。Therefore, in the case as shown in FIG.
Of BK 0 ~BK 5, determines that the BK 0, BK 1, BK 2 , and BK 5 belong to the front region, BK 3 and BK 4 belong to the rear region. In the case as shown in FIG. 10B, the divided area BK 0
It determines that all ~BK 3 belongs to the front region.
そして、この判定によって、後方領域と判定された分
割領域については通行不可能とし、この後方領域に向け
てはロボットを走行させない(ステップ160)。Then, the divided area determined as the rear area by this determination is not allowed to pass, and the robot does not travel toward this rear area (step 160).
当該分割領域が前方領域に属すると判定された場合、
通過可能判定部50は、当該分割領域の障害物距離データ
riに基づき当該分割領域に障害物が存在するか否かを判
定する(ステップ120)。すなわち、このステップ120で
は、前記条件式が成立しない分割領域であって、かつ
当該分割領域の全てのrが∞でない場合に、当該分割領
域は障害物エリアだと判定し、当該分割領域を通過不可
能とする(ステップ160)。If it is determined that the divided area belongs to the front area,
The passability determination unit 50 determines the obstacle distance data of the divided area.
It is determined whether an obstacle exists in the divided area based on r i (step 120). That is, in this step 120, if the conditional expression is not a divided area and all r of the divided area are not ∞, it is determined that the divided area is an obstacle area and the divided area is passed. It is impossible (step 160).
前記ステップ120で、当該分割領域が障害物エリアで
はないと判定された場合、次に通過可能判定部50は当該
分割領域が側面壁エリアであるか否かを判定する(ステ
ップ130)。すなわち、第11図(a)および(b)のよ
うに、ロボット1の左右に壁のような障害物51があるよ
うな場合には、前記条件式が成立してしまい、側面壁
を第8図に示したような隙間領域BK1とを混同してしま
うので、下式,による判定によって側面壁領域を抽
出するようにしている。When it is determined in step 120 that the divided area is not the obstacle area, the passability determining unit 50 determines whether the divided area is the side wall area (step 130). That is, as shown in FIGS. 11 (a) and (b), when there is an obstacle 51 such as a wall on the left and right sides of the robot 1, the conditional expression is satisfied, and the side wall is moved to the eighth side. since confuse the gap region BK 1 as shown in figure, so as to extract a side wall area by the determining by the following equation.
rs[j]>re[j]のとき rs[j]の右隣りのr>rs[j] かつ re[j]の左隣りのr<re[j] … rs[j]<re[j]のとき rs[j]の右隣りのr<rs[j] かつ re[j]の左隣りのr>re[j] … すなわち、前記または式が成立すれば、この分割
領域は側面壁領域であると判定し、通過不可能とする
(ステップ160)。なお、式は左側壁の検出用であ
り、式は右側壁の検出用である。 r s [j]> r e [j] when r s [j] to the right of r> r s [j] and left next to the r of r e [j] <r e [j] ... r s [ j] <r e [j] when r s [j] to the right of r <r s [j] and r e [left j] next to the r> r e [j] ... that is, the or expression If the condition is satisfied, it is determined that the divided area is the side wall area, and the passage is not allowed (step 160). The equation is for detecting the left side wall, and the equation is for detecting the right side wall.
以上のステップ110〜130の判定処理で通過不可能と判
定されなかった分割領域(rs[j],θs[j])〜(re[j],
θe[j])は、結果的に、第12図のようにrが全て∞の領
域か、あるいは第13図のように前記条件式によって障
害物間の隙間領域と判定された領域であり、通過不可能
判定部50ではこのような領域に対して以下「領域拡張」
という処理を実行する(ステップ140)。The divided areas (r s [j] , θ s [j] ) to (r e [j] ,
θ e [j] ) is, consequently, a region where r is all ∞ as shown in FIG. 12, or a region determined as a gap region between obstacles by the conditional expression as shown in FIG. In the passage impossible determination unit 50, such an area is hereinafter referred to as “area expansion”.
(Step 140).
この領域拡張処理は、当該領域の幅間隔Zをある程度
正確に把握するために行なう作業であり、具体的には障
害物領域ではないと判定した分割領域のスタート点s
[j]とエンド点e[j]とを左右に拡げていく作業で
ある。This area expansion processing is an operation performed to grasp the width interval Z of the area to some extent accurately. Specifically, the start point s of the divided area determined not to be an obstacle area
This is an operation to expand [j] and the end point e [j] to the left and right.
この領域拡張に際して、第12図のように当該分割領域
のrの値が全て∞であるときは、まず、当該分割領域の
エンド点e[j]およびスタート点s[j]とをそれぞ
れ左右に1区画(5°)拡張する。すなわち、該拡張し
た領域のスタート点とエンド点の添字をs′[j],e′
[j]とすれば s′[j]=s[j]−1 e′[j]=e[j]+1 ただし s′[j]=−1ならばs′[j]=71 e′[j]=72ならばe′[j]=0 とする。When the values of r of the divided area are all ∞ as shown in FIG. 12 during the area expansion, first, the end point e [j] and the start point s [j] of the divided area are moved to the left and right, respectively. Expand one section (5 °). That is, the suffixes of the start point and the end point of the expanded area are s '[j], e'
If [j], then s' [j] = s [j] -1 e '[j] = e [j] +1 However, if s' [j] =-1, s' [j] = 71 e' [ If j] = 72, e '[j] = 0.
また、第13図のように当該分割領域のrの値が∞でな
いときは、最初は領域拡張を行なわず、 s′[j]=s[j] e′[j]=e[j] と仮に設定しておく。When the value of r of the divided area is not ∞ as shown in FIG. 13, the area is not expanded at first, and s ′ [j] = s [j] e ′ [j] = e [j] Set it temporarily.
そして、以下第14図に示す領域拡張アルゴリズムに従
って領域拡張処理を実行する。Then, the area expansion processing is executed according to the area expansion algorithm shown in FIG.
通過可能判定部50では、まず最初のrs′[j]とre′[j]
とを比較し(ステップ200)、rs′[j]≦re′[j]である
場合はK=e′[j]とし(ステップ210)、rs′[j]>
re′[j]である場合はK=s′[j]とする(ステップ2
50)。すなわち、rs′[j]とre′[j]とのうち大きい方を
選択し、該選択した側のみを以下の処理によって領域拡
張していく。re′[j]≦rs′[j]であるときは、次に rkL>rk またはrkL<rs′[j]<rk rkL;rkの左隣りのr値 … が成立するか否かが調べられ(ステップ220)、この式
が成立しないときはkが+1されることにより領域が1
区画左側に拡張され(ステップ240)、その後再び上記
式が成立するか否かが検索される(ステップ220)。
そして、これ以降、上記式が成立するまで、kが+1
ずつされることにより領域が1区画ずつ左側に拡張され
ていく。そして、式が成立したときのkが最終的な拡
張点e′[j]とされ(ステップ230)、処理が終了す
る。In passable determination unit 50, first of r s '[j] and r e' [j]
Comparing the door (step 200), 'a [j] (step 210), r s' r s '[j] ≦ r e' when a [j] K = e [j ]>
If r e ′ [j] , K = s ′ [j] (step 2
50). That, you select the larger of the r s '[j] and r e' [j], continue to the region extended by the following processes only the side that said selected. r e '[j] ≦ r s' when a [j] is then r kL> r k or r kL <r s' [j ] <r k r kL; r value next to the left of r k ... Is checked (step 220). If this formula does not hold, k is incremented by 1 to make the area 1
It is expanded to the left side of the section (step 240), and thereafter, it is searched again whether or not the above expression holds (step 220).
Thereafter, k is +1 until the above equation is satisfied.
As a result, the area is expanded leftward by one section. Then, k when the equation is satisfied is set as the final extension point e '[j] (step 230), and the process ends.
rs′[j]>re′[j]であるときは、上記と逆であり rkR>rkまたは rkR<re′[j]<rk rkR;rkの右隣りのr値 … が成立するまで、スタート点s′[j]が−1されるこ
とにより領域が左側に1区画ずつ拡張されてゆく。 r s'[j]> r e ' when a [j] is the reverse r kR> r k or r kR <r e' [j ] <r k r kR; right of the r k Until the r value... is established, the start point s' [j] is decremented by one, so that the area is extended leftward by one section.
すなわち、かかる領域拡張処理においては、rs′[j]
とre′[j]のうち短いr値を持つ方に他方のr値がほぼ
等しくなるまで他方の領域を拡げるようにしており、こ
れにより、ある程度正確な幅間隔Zが得られるようにし
ている。因みに、第12図においては、最終的に左に2区
画、右に1区画領域が拡張され、また第13図においては
左に3区画領域が拡張されている。That is, in such area expansion processing, r s ′ [j]
And r e ′ [j], the one having the shorter r value is made to expand the other region until the other r value is substantially equal, so that a somewhat accurate width interval Z can be obtained. I have. Incidentally, in FIG. 12, two partitions are finally expanded to the left and one partition is expanded to the right, and in FIG. 13, three partitions are expanded to the left.
通過可能判定部50では、以上の領域拡張処理を行なっ
た後、その領域の角度範囲を調べ(第9図、ステップ14
1)、該角度範囲>180°であるときは領域幅を求めよう
がないのでそのまま通過可能であるとし(ステップ17
0)、角度範囲≦180°であるときはその領域の幅Zを計
算する(第9図、ステップ142)。この幅Zは、余弦定
理を用いて、以下のように計算する(第12図、第13図参
照)。After performing the above-described area expansion processing, the passability determination unit 50 checks the angle range of the area (FIG. 9, step 14).
1) If the angle range is greater than 180 °, it is assumed that the area can be passed as it is because there is no way to find the area width (step 17).
0), if the angle range ≦ 180 °, the width Z of the area is calculated (FIG. 9, step 142). This width Z is calculated as follows using the cosine theorem (see FIGS. 12 and 13).
次に、通過可能判定部50は該計算した領域幅Zを移動
ロボット1の幅L(既知)と比較し(ステップ150)、 Z>Lならば通過可能 Z≦Lならば通行不可能 とする(ステップ160,170)。 Next, the passability determination unit 50 compares the calculated area width Z with the width L (known) of the mobile robot 1 (step 150). If Z> L, the pass is possible. If Z ≦ L, the pass is impossible. (Steps 160 and 170).
このようにして、j=0についての通過可能判定処理
が終了すると、通過可能判定部50では次にjを+1し
(ステップ180)、次の分割領域について、前述と同様
の通過可能判定処理を実行する。以下同様にn個の分割
領域について全て通過可能か否かを判定する。When the passability determination processing for j = 0 is completed in this way, the passability determination unit 50 then increments j by 1 (step 180), and performs the same passability determination processing as described above for the next divided area. Run. In the same manner, it is determined whether or not all the n divided areas can pass.
通過領域選択部60での処理 ・通過領域選択 通過可能判定部50による前述した処理によって通過可
能な領域がm個求まったとすると、拡張前の領域のスタ
ート点、エンド点の障害物データと拡張後の同様障害物
データがそれぞれm個ずつ揃うことになる。Processing at Passage Area Selection Section 60 Selection of Passage Area Assuming that m passable areas are obtained by the above-described processing by the passability determination section 50, the obstacle data at the start point and end point of the area before expansion and the data after expansion are obtained. Similarly, m pieces of obstacle data are prepared.
通過領域選択部60では、これらm個の通過可能領域の
うちいずれにロボット1を走行させるかを選択する。こ
の選択処理には、ファジー推論部80を用いている。The passing area selecting unit 60 selects which of the m passing areas the robot 1 is to travel. The fuzzy inference unit 80 is used for this selection processing.
すなわち、人間が目標点まで車を運転する際、途中障
害物がいくつか存在している場合を考えると、ある通過
可能領域の向こうに目標点が見える場合には、その領域
へ車を走行させればよいが、そうでなければ通過可能領
域の幅が“広い”からとか領域までの距離が“近い”か
らとか、目標点に“近い”とかによって直観的に判断し
て1つの通過可能領域を決定するであろう。このように
幅が“広い”とか距離が“近い”とかいう表現はあいま
いさを持つ表現であり、この発明では最適な通過可能領
域を選択する手段としてファジー推論を使うようにして
人間の直感による選択と同様の制御を行なうようにす
る。That is, when a person drives a car to a target point, considering that there are some obstacles on the way, if the target point can be seen beyond a certain passable area, drive the car to that area. If it is not, one passable area is intuitively determined based on whether the width of the passable area is “wide”, the distance to the area is “close”, or “close” to the target point. Will determine. As described above, the expression such as “wide” or “close” is an expression having ambiguity. In the present invention, fuzzy inference is used as a means for selecting an optimal passable area, and selection by human intuition is performed. The same control as described above is performed.
ここで、第15図に示すように、ロボット1を中心にし
た局所座標を考え、ロボット1の中心をO、ロボットの
向きをF、サブゴール位置GS1の方向をGS1′とし、さら
に方向Fに対する方向GS1′の角度をθgとする。なお、
この第15図では、ロボット1が出発点からサブゴールGS
1まで走行する場合を想定している。また、この第15図
ではロボット1の右前方にサブゴール方向GS1″がある
場合も図示している。そして、サブゴール方向GS1′が
通過可能領域からどの程度ずれているかを表わす指標と
して以下の角度Θkを定義する。Here, as shown in FIG. 15, local coordinates centered on the robot 1 are considered, the center of the robot 1 is O, the direction of the robot is F, the direction of the subgoal position GS 1 is GS 1 ′, and the direction F The angle of the direction GS 1 ′ with respect to is defined as θ g . In addition,
In this Fig. 15, the robot 1 moves from the starting point to the subgoal GS
It is assumed that the vehicle runs up to 1 . FIG. 15 also shows a case where the subgoal direction GS 1 ″ is at the front right of the robot 1. The following index is used as an index indicating how much the subgoal direction GS 1 ′ deviates from the passable area. Define the angle Θ k .
θg<θs[k]又はθg>θe[k]ならば Θk=min(|θs[k]−θg|, |θe[k]−θg|) θs[k]<θg<θe[k]ならば Θk=0 … なお、min(A,B)は、A,Bのうち小さい方の値を選択
するという意味である。θ g <θ s [k] or θ g> θ e [k] if Θ k = min (| θ s [k] -θ g |, | θ e [k] -θ g |) θ s [k ] <θ g <θ e [ k] if Θ k = 0 ... Incidentally, min (a, B) is a means that selects a, the smaller value of the B.
上記式によれば、拡張前の通過可能領域の角度範囲
内にサブゴール方向GS1′が入っていれば、Θk=0とな
り、この場合には最優先にこの領域を選択する。これ
は、通過可能領域の角度範囲にサブゴール方向GS1′が
入っているならば、その領域の幅が多少狭かろうとまた
その領域までの距離が離れていても、その領域に向かう
ほうがサブゴール点GS1までの距離が最短になるという
発想に基づく。According to the above equation, if the subgoal direction GS 1 ′ is within the angle range of the passable area before expansion, Θ k = 0, and in this case, this area is selected with the highest priority. This is because if the subgoal direction GS 1 ′ is included in the angle range of the passable area, the subgoal point is closer to the area regardless of whether the area is slightly narrow or even if the distance to the area is long. Based on the idea that the distance to GS 1 will be the shortest.
一方、Θk≠0の場合はファジー推論により通過領域
を決定する。すなわち、人間は車を運転しているとき、
その領域の幅が広いから、あるいはその領域までの距離
が近いから、あるいはゴール方向により近いとかいうよ
うな直感的な判断・推測で最もよいと思われる領域を選
択するようにしており、このような人間の思考のあいま
いさを数量化し、このような推論を行なう手段としてフ
ァジー推論を利用するようにしている。そして、このフ
ァジー推論により各通過可能領域についての通過可能優
先度αkになる値を計算し、このαk値の最も大きい領域
を選択するようにしている。On the other hand, if Θ k ≠ 0, the pass area is determined by fuzzy inference. That is, when a human is driving a car,
The intuitive judgment / guess that the area is wide, or the distance to the area is short, or closer to the goal direction is to select the area that seems to be the best. It quantifies the ambiguity of human thinking and uses fuzzy inference as a means to make such inferences. Then, the fuzzy inference is used to calculate a value that becomes the passable priority α k for each passable area, and the area having the largest α k value is selected.
ここで、通過可能判定部50による先の領域拡張処理で
求めた各領域の幅間隔をZk(第15図では とする。また▲▼の中点をMとし、ロボット1
から通過可能領域までの距離lk=▲▼と定義する。Here, the width interval of each area obtained in the previous area expansion processing by the passability determination unit 50 is Z k (in FIG. 15, And The middle point of ▲ ▼ is M, and robot 1
Is defined as the distance l k = ▲ ▼ from the area to the passable area.
そして、これらΘk,lk,Zkを入力ファジー変数とし
てαkを出力ファジー変数として、以下に示す8つのフ
ァジー規則を設定する。Then, the following eight fuzzy rules are set using Θ k , l k , and Z k as input fuzzy variables and α k as output fuzzy variables.
(1)If Θk is SMALL and lk is NEAR and Zk is WI
DE then αk is VH (2)If Θk is SMALL and lk is NEAR and Zk is NA
RROW then αk is H (3)If Θk is SMALL and lk is FAR and Zk is WID
E then αk is H (4)If Θk is SMALL and lk is FAR and Zk is NAR
ROW then αk is M (5)If Θk is BIG and lk is NEAR and Zk is WIDE
then αk is M (6)If Θk is BIG and lk is NEAR and Zk is NARR
OW then αk is L (7)If Θk is BIG and lk is FAR and Zk is WIDE
then αk is L (8)If Θk is BIG and lk is FAR and Zk is NARRO
W then αk is VL なお、Θk,lk,Zk,αkの各ファジー変数の評価は以
下のとおりである。(1) If Θ k is SMALL and l k is NEAR and Z k is WI
DE then α k is VH (2) If Θ k is SMALL and l k is NEAR and Z k is NA
RROW then α k is H (3) If Θ k is SMALL and l k is FAR and Z k is WID
E then α k is H (4) If Θ k is SMALL and l k is FAR and Z k is NAR
ROW then α k is M (5) If Θ k is BIG and l k is NEAR and Z k is WIDE
then α k is M (6) If Θ k is BIG and l k is NEAR and Z k is NARR
OW then α k is L (7) If Θ k is BIG and l k is FAR and Z k is WIDE
then α k is L (8) If Θ k is BIG and l k is FAR and Z k is NARRO
W then α k is VL The evaluation of each fuzzy variable of Θ k , l k , Z k , and α k is as follows.
Θk:SMALL…小さい BIG…大きい lk:NEAR…近い FAR…遠い Zk:NARROW…狭い WIDE…広い αk:VH(very High)…非常に高い H(High)…高い M(Medium)…中ぐらい L(Low)…低い VL(Very Low)…非常に低い また、第16図(a)〜(d)にファジー変数Θk,
lk,Zk,αkのメンバシップ関数を示す。Θ k : SMALL ... small BIG ... large l k : NEAR ... close FAR ... far Z k : NARROW ... narrow WIDE ... wide α k : VH (very High) ... very high H (High) ... high M (Medium) ... Medium L (Low): Low VL (Very Low): Very low Also, the fuzzy variables Θ k ,
The membership functions of l k , Z k , and α k are shown.
ファジー推論部80は、これらファジー規則(1)〜
(8)、およびメンバシップ関数を用いて各分割領域の
通過可能優先度αkを求め、最も大きいαk値をもつ分割
領域を通過領域として選択する。ファジー推論の方法と
しては、塚本弥八郎氏等が提唱する間接法、E.M.Mamdan
i等が提唱する直接法等、各種有るが、任意の方法を用
いるようにすればよい。The fuzzy inference unit 80 executes these fuzzy rules (1) to
(8) and the passability priority α k of each divided region is obtained using the membership function, and the divided region having the largest α k value is selected as the passage region. EMMamdan is an indirect method proposed by Yahachiro Tsukamoto et al.
Although there are various methods such as the direct method proposed by i and the like, an arbitrary method may be used.
走行制御部70での処理 ・走行制御 通過領域選択部60によるファジー推論によって通過さ
せる最適領域が決定されたならば、次に走行制御部70は
該決定した領域に対してロボットを走行させる制御を行
なう。さらに、障害物を回避した後、サブゴールGS1ま
で走行させる走行制御を行なう。この走行制御にもファ
ジー推論部80を用いる。Processing in the travel control unit 70 · Run control If the optimal area to be passed is determined by fuzzy inference by the pass area selection unit 60, the travel control unit 70 then performs control to run the robot in the determined area. Do. Furthermore, after avoiding the obstacle, performs driving control for running to subgoal GS 1. The fuzzy inference unit 80 is also used for this traveling control.
すなわち、人間が車を運転する場合を考えると、例え
ば車の舵角が通過領域からかなり左にずれており、また
その領域までの距離が長いときは、車の舵角をゆっくり
右に向けてやればよいというように、車の速度、操舵制
御を、経験・判断により行なっている。よって、移動ロ
ボットの走行制御も、人間の思考のあいまいさを数量化
したファジー推論により行なえば、人間の運転に近い走
行ができる。That is, when a person drives a car, for example, when the steering angle of the car is considerably deviated to the left from the passing area, and when the distance to the area is long, the steering angle of the car is slowly turned to the right. The vehicle speed and steering control are performed based on experience and judgment. Therefore, if the traveling control of the mobile robot is also performed by fuzzy inference that quantifies the ambiguity of human thinking, it is possible to travel near human driving.
手順(1)の走行制御では、走行状態を次の3つのケ
ースに分け、各ケース毎に異なる走行制御を行なう。In the traveling control of the procedure (1), the traveling state is divided into the following three cases, and different traveling control is performed for each case.
(i)θe[k]−θs[k]<180° (ii)θe[k]−θs[k]≧180°でかつΘ=0 (iii)θe[k]−θs[k]≧180°でかつΘ≠0 (i)の走行制御では、ファジー入力変数として、前
述した通過領域までの距離lk、通過領域の幅間隔Zkの他
に角度ψMを用いる。角度ψMは、第15図に示したよう
に、▲▼に対するロボットの向きの角度であり、通
過領域の真中方向からロボットがどの程度ずれているか
を示す指標である。また、ファジー出力変数としては、
ロボットの速度vと角速度βを用いる。 (I) θ e [k] -θ s [k] <180 ° (ii) θ e [k] -θ s [k] ≧ 180 ° with cutlet Θ = 0 (iii) θ e [k] -θ s [k] with the travel control of ≧ 180 ° with cutlet Θ ≠ 0 (i), as a fuzzy input variable, the distance l k to passing area described above, it is used in addition to the angle [psi M width spacing Z k of the passing area. Angle [psi M, as shown in FIG. 15, ▲ is the angle orientation of the robot for ▼, is an index indicating the measure of how much the robot from the middle direction of the passage region. Also, as fuzzy output variables,
The velocity v and the angular velocity β of the robot are used.
速度・操舵制御におけるファジー規則は以下のとおり
である。The fuzzy rules for speed / steering control are as follows.
(1)′if lk is FAR then v is FAST (2)′if lk is NEAR and Zk is WIDE then v is FAS
T (3)′if lk is NEAR and Zk is NARROW then v is S
LOW (4)′if lk is FAR and ψM is LLEFT then β i
s RIGHT (5)′if lk is FAR and ψM is LEFT then β is
RIGHT (6)′if lk is FAR and ψM is M then β is M (7)′if lk is FAR and ψM is RIGHT then β i
s LEFT (8)′if lk is FAR and ψM is RRIGHT then β
is LEFT (9)′if lk is NEAR and ψM is LLEFT then β
is RRIGH (10)′if lk is NEAR and ψM is LEFT then β i
s RIGHT (11)′if lk is NEAR and ψM is M then β is M (12)′if lk is NEAR and ψM is RIGHT then β
is LEFT (13)′if lk is NEAR and ψM is RRIGHT then β
is LLEFT (14)′if min Rr is SHORT then β is LEFT (15)′if min Lr is SHORT then β is RIGHT (16)′if min Rrv is SHORT then v is SLOW (17)′if min Lrv is SHORT then v is SLOW なお、各ファジー変数lk,Zk,ψM,v,β,min Rr,min
Lr,min Rr υおよびmin Lr υの評価は以下のとおり
である。(1) 'if l k is FAR then v is FAST (2)' if l k is NEAR and Z k is WIDE then v is FAS
T (3) ′ if l k is NEAR and Z k is NARROW then v is S
LOW (4) ′ if l k is FAR and ψ M is LLEFT then β i
s RIGHT (5) ′ if l k is FAR and ψ M is LEFT then β is
RIGHT (6) 'if l k is FAR and ψ M is M then β is M (7)' if l k is FAR and ψ M is RIGHT then β i
s LEFT (8) ′ if l k is FAR and ψ M is RRIGHT then β
is LEFT (9) 'if l k is NEAR and ψ M is LLEFT then β
is RRIGH (10) ′ if l k is NEAR and ψ M is LEFT then β i
s RIGHT (11) ′ if l k is NEAR and ψ M is M then β is M (12) ′ if l k is NEAR and ψ M is RIGHT then β
is LEFT (13) ′ if l k is NEAR and ψ M is RRIGHT then β
is LLEFT (14) ′ if min R r is SHORT then β is LEFT (15) ′ if min L r is SHORT then β is RIGHT (16) ′ if min R rv is SHORT then v is SLOW (17) ′ if min L rv is SHORT then v is SLOW where fuzzy variables l k , Z k , ψ M , v, β, min R r , min
The evaluation of L r , min R r υ and min L r υ is as follows.
lk:NEAR…近い FAR…遠い Zk:NARROW…狭い WIDE…広い ψk:LLEFT…かなり左にずれている LEFT…左にずれている M…中くらい RIGHT…右にずれている RRIGHT…かなり右にずれている v:FAST…速い SLOW…遅い β;LLEFT…はやく左に向ける LEFT…左に向ける M…操舵なし RIGHT…右に向ける RRIGHT…はやく右に向ける min Rr=min(ri) i=54〜71 β決定用 min Lr=min(Ri) i=1〜18 β決定用 min Rrv=min(ri) i=54〜71 v決定用 min Lrv=min(ri) i=1〜18 v決定用 また、これらファジー変数ψM,lk,Zk,vおよびβの
グレード値を示すメンバシップ関数を第17図(a)〜
(i)にそれぞれ示す。l k : NEAR ... close FAR ... far Z k : NARROW ... narrow WIDE ... wide ψ k : LLEFT ... shifted to the left LEFT ... shifted to the left M ... Medium RIGHT ... shifted to the right RRIGHT ... quite v is shifted to the right: fAST ... fast sLOW ... slow β; LLEFT ... quickly turn to M ... without rIGHT ... right steering turn to lEFT ... left turn to the left RRIGHT ... turn to quickly right min R r = min (r i ) i = 54~71 for the β decision min L r = min (R i ) i = 1~18 for the β decision min R rv = min (r i ) i = 54~71 v determined for the min L rv = min (r i ) I = 1 to 18 v determination Also, the membership functions indicating the grade values of these fuzzy variables ψ M , l k , Z k , v and β are shown in FIGS.
(I) shows each.
すなわち、走行制御においてもファジー推論部80は、
ファジー規則(1)′〜(17)′および第17図のメンバ
ーシップ関数を用いてファジー推論によって速度v、角
速度βを逐次求め、これら求めたv,βを走行制御部70か
らモータ駆動装置35に入力することによりロボットを速
度およびステアリング制御する。That is, even in the traveling control, the fuzzy inference unit 80
Using the fuzzy rules (1) 'to (17)' and the membership functions shown in FIG. To control the speed and steering of the robot.
以上説明したファジー規則(1)′〜(13)′による
移動ロボットの走行制御(i)というのは、直線OMに沿
ってロボットを走行させようとしているのではなく、通
過領域の中央点Mに向ってロボットを走行させようとし
ているものである(第15図参照)。The traveling control (i) of the mobile robot according to the fuzzy rules (1) 'to (13)' described above does not mean that the robot is traveling along the straight line OM, but is at the center point M of the passing area. The robot is about to run (see Fig. 15).
そして、速度制御に関しては、点Mまでの距離が長い
ときはロボットを高速に走行させ、また通過領域が狭い
場合や、点Mまでの距離が短くなった場合には、車速を
落とし低速走行させようにしている。With regard to speed control, when the distance to the point M is long, the robot is driven at high speed. When the passage area is narrow or when the distance to the point M is short, the vehicle speed is reduced and the robot is driven at low speed. Like that.
また、操舵制御に関しては、例えば点Mまでの距離が
長くて、ロボットがかなり左を向いている場合は、舵角
をゆっくり右に向けるようにし、また点Mまでの距離が
短くてロボットがかなり左を向いている場合は、舵角を
速く右に向けるように制御する。Regarding steering control, for example, if the distance to point M is long and the robot is facing far left, the steering angle should be slowly turned to the right. If the vehicle turns to the left, the steering angle is controlled so as to quickly turn to the right.
なお、前記ファジー規則(1)′〜(17)′のうち規
則(14)′〜(17)′は第18図に示すような場合に対処
するためのものである。The rules (14) 'to (17)' of the fuzzy rules (1) 'to (17)' are for dealing with the case shown in FIG.
すなわち、この場合はロボット1は▲▼方向に対
して左にψMだけずれた方向を向いているので、先の
(1)′〜(13)′の規則による走行制御によればロボ
ット1は右にψMだけ舵角制御されることになり、右の
障害物4の左下角に衝突する可能性がでてくる。That is, the robot 1 in this case ▲ ▼ since oriented shifted by [psi M to the left with respect to the direction, the robot 1 according to the travel control by the rules of the previous (1) '- (13)' is The steering angle is controlled by 制 御M to the right, and there is a possibility that the vehicle will collide with the lower left corner of the right obstacle 4.
したがって、ファジー入力変数min Rr,min Lr,min R
rvおよびmin Lrvと、ファジー規則(14)′〜(17)′
を用意し、これらによって第18図に示すような場合の衝
突を回避させるようにする。なお、min Rrおよびmin Lr
は舵角βを制御するためのもので、min Rrvおよびmin L
rvは速度vを制御するためのものである。min Rr,min L
r,min RrvおよびminLrvの評価はSHORT(短い)しかな
く、これらのグレード値を示すものとして先の第17図
(f)〜(i)に示すようなメンバシップ関数を定義す
る。すなわち、min Rrおよびmin Rrvは移動ロボット1
の右前方すなわちi=54〜71(−90°≦θ<0°)の距
離データriのなかの最小値を選択するという意味であ
り、またmin Lr、min Lrvはロボット1の左前方すなわ
ちi=1〜18(0°<θ≦90°)の距離データriのなか
の最小値を選択するという意味である。Therefore, the fuzzy input variables min R r , min L r , min R
rv and min L rv , and fuzzy rules (14) 'to (17)'
These are used to avoid collisions in the case shown in FIG. Note that min R r and min L r
Is used to control the steering angle β, and the min R rv and min L
rv is for controlling the speed v. min R r , min L
r, min R rv and minL rv evaluation of SHORT (short) only without defining a membership function as shown in FIG. 17 of the above as an indication of these grades value (f) ~ (i). That is, min R r and min R rv are mobile robots 1
Means that the minimum value of the distance data r i of i = 54 to 71 (−90 ° ≦ θ <0 °) is selected, and min L r and min L rv are the left of the robot 1. it is meant that selects the minimum value of among the distance data r i of forward or i = 1~18 (0 ° <θ ≦ 90 °).
かかるファジー制御によれば、移動ロボットと右前方
障害物との距離が短かければ、速度を落してから、舵角
を左に向け、また移動ロボットと左前方障害物との距離
が短かければ、速度を落してから、舵角を右に向けるよ
うにしており、これにより障害物との接触・衝突を避け
るようにしている。According to such fuzzy control, if the distance between the mobile robot and the right front obstacle is short, the speed is reduced, and then the steering angle is turned to the left, and if the distance between the mobile robot and the left front obstacle is short, After the speed is reduced, the steering angle is turned to the right, thereby avoiding contact / collision with an obstacle.
次に(ii)の走行制御であるが、この走行制御はθ
e[k]−θs[k]≧180°の場合であってかつΘk=0、すな
わちθs[k]方向とθe[k]方向とで挟まれた通過領域内に
サブゴール方向GS1′が存在する場合のものである。Next, in the travel control of (ii), this travel control is performed by θ
e [k] −θ s [k] ≧ 180 ° and Θ k = 0, that is, the subgoal direction GS in the passing area sandwiched between the θ s [k] direction and the θ e [k] direction 1 'is present.
すなわち、この場合は、(i)の走行制御をしように
も、領域間隔はZkは求めていないので、(i)の走行制
御はできない(第19図参照)。したがって、この場合
は、第19図に示すように、サブゴール位置GS1(X1,
Y1)とロボット位置Oとの距離を先のファジー規則の入
力変数lkとし、また入力変数Zkは任意の大きな定数値で
代用し、また入力変数ψMは−θgで代用する。That is, in this case, the travel control to the use of (i), since the region distance Z k is not determined can not travel control (i) (see FIG. 19). Therefore, in this case, as shown in FIG. 19, the subgoal position GS 1 (X 1 ,
The distance between Y 1 ) and the robot position O is set as the input variable l k of the fuzzy rule, the input variable Z k is substituted with an arbitrary large constant value, and the input variable ψ M is substituted with -θ g .
すなわち とし、これらをファジー入力変数として前記ファジー規
則(1)′〜(17)′にしたがって、速度・操舵制御を
行なうようにする。Ie These are used as fuzzy input variables to perform speed / steering control in accordance with the fuzzy rules (1) 'to (17)'.
かかる(ii)の走行制御によれば、ロボット1は通過
領域の真中方向に向ってではなく、サブゴールGS1に向
って走行することになる。また、Zkを大きな値に設定し
たので、ロボット1はサブゴールGS1に向かって高速走
行する。According to the running control of the (ii), the robot 1 is not towards the middle direction of the passage region, will travel toward the subgoal GS 1. Further, since the set of Z k to a value, the robot 1 is running at a high speed toward the subgoal GS 1.
次に(iii)の走行制御であるが、この走行制御は例
えば第20図に示すように、θe[k]−θs[k]≧180°の場
合であって、かつΘ≠0、すなわち当該通過領域内に
は、サブゴール方向GS1′が存在しない場合のものであ
る。Next, the traveling control of (iii) is performed when θ e [k] −θ s [k] ≧ 180 ° and, for example, as shown in FIG. That is, this is a case where the subgoal direction GS 1 ′ does not exist in the passing area.
この場合は、前記(ii)の走行制御同様領域の間隔Zk
を求めていないので、(i)の走行制御を行なうことは
できないし、またゴール方向に障害物があるので(ii)
の走行制御のようにもできない。In this case, the interval Z k of the area is the same as the travel control of (ii).
Is not obtained, the traveling control of (i) cannot be performed, and there is an obstacle in the direction of the goal, and (ii)
I can not do like the running control of.
そこでこのような場合には、障害物の左傍か右傍を通
過させるようにする。Therefore, in such a case, the obstacle is passed on the left or right side.
具体的には、下式 |θs[k]−θg|<|θe[k]−θg| … が成立したならば、左傍を通過した方がよりゴールに近
いと判断し、左傍を通過させる。More specifically, the following equation | θ s [k] -θ g | <| θ e [k] -θ g | If ... is satisfied, it is determined that the person who has passed through the Hidarisoba is closer to the goal, Pass on the left side.
すなわち、領域拡張した後のスタート点a1の左方に、
仮想点C0を設け、この点C0を通過領域の仮想的な端点と
し、点a1と点C0とで挟まれた領域の中心M1に向ってロボ
ット1を走行せるようにする。That is, to the left of the start point a 1 after the area expansion,
The imaginary point C 0 provided, the point C 0 and virtual endpoints of passage area, so as to travel the robot 1 toward the center M 1 of sandwiched between the point a 1 and the point C 0 region.
仮想点C0は例えば を満足する点とする。The virtual point C 0 is, for example, Are satisfied.
そして、ファジー入力変数lk,Zk,ψMを とし、これらファジー入力変数を用いて前記ファジー規
則(1)′〜(17)′に従って速度・操舵制御を行な
う。And the fuzzy input variables l k , Z k , ψ M Using these fuzzy input variables, speed / steering control is performed in accordance with the fuzzy rules (1) 'to (17)'.
一方、前記式と反対に |θs[k]−θg|>|θe[k]−θg| … が成立したならば、右傍を通過させた方がよりゴールに
近いと判断し、右傍を通過させる。On the other hand, as opposed to the formula | θ s [k] -θ g |> | θ e [k] -θ g | If ... is satisfied, those who passed through the right beside it is determined that closer to the goal Pass on the right side.
すなわち、領域拡張した後のスタート点a2の右方に、
前記同様仮想点C1を設け、この点C1を通過領域の仮想的
な端点とし、点a2と点C1とで挟まれた領域の中心M2に向
ってロボット1を走行させるようにする。That is, to the right of the start point a 2 after the area expansion,
The same imaginary point C 1 is provided, the point C 1 and virtual endpoints of passage region, toward the center M 2 of sandwiched between the point a 2 and the point C 1 region so as to run the robot 1 I do.
仮想点C1は前記同様例えば を満足する点とする。The virtual point C 1 is the same as described above, for example. Are satisfied.
そして、ファジー入力変数lk,Zk,ψMを とし、これらファジー入力変数を用いて前記ファジー規
則(1)′〜(17)′に従って速度・操舵制御を行な
う。And the fuzzy input variables l k , Z k , ψ M Using these fuzzy input variables, speed / steering control is performed in accordance with the fuzzy rules (1) 'to (17)'.
以上の I.領域分割 II.分割した領域の通過可能性判定 III.通過可能な領域が複数有る場合の領域選択 IV.走行制御 の処理を繰り返し行なうことで、スタート点からサブゴ
ールGS1までの走行において人間に近い状況判断および
走行制御をもって障害物を避けながら滑らかにかつ効率
良く走行する。I. Region division II. Passability judgment of divided region III. Region selection when there are multiple passable regions IV. Travel from start point to subgoal GS 1 by repeating the process of travel control In this case, the vehicle travels smoothly and efficiently while avoiding obstacles with situation determination and travel control close to humans.
また、この場合、障害物を通り抜けた後ロボットは、
先の(ii)の走行制御(第19図)に従って、走行が行な
われるわけであるが、この実施例では、ファジー規則
(1)′〜(17)′のファジー入力変数として用いる幅
データZkを大きな値に設定するようにしたので、ファジ
ー推論によって導かれる車速vは、障害物を通り抜けた
後、サブゴールGS1に到達するまでは、大きな値とな
り、この期間中ロボットを高速走行させることができ
る。すなわち、サブゴールGS1は停止方向φcに応じてロ
ボットをfa、fbのうちのどちら側から進入させるかを識
別させるために設けたものであり、ロボットはこのサブ
ゴールGS1上を単に通過するだけでよく、速度をおとす
必要はないのである。Also, in this case, after passing through the obstacle, the robot
The traveling is performed according to the traveling control (FIG. 19) of the above (ii). In this embodiment, the width data Z k used as the fuzzy input variables of the fuzzy rules (1) ′ to (17) ′. Is set to a large value, the vehicle speed v derived by fuzzy inference becomes a large value after passing through an obstacle and reaching the subgoal GS 1 , and it is possible to make the robot run at high speed during this period. it can. That is, subgoal GS 1 is provided in order to identify whether to enter the robot according to the stop direction phi c f a, from either side of the f b, the robot is simply passed over this subgoal GS 1 You do not need to slow down.
〔・手順(2)〕 以上の走行制御によって、ロボット1がサブゴールGS
1に到達したとすると、走行制御部70では、現在位置計
測部10からの入力データ(X,Y,φ)とサブゴールGS1の
位置データ(X1,Y1)との比較によりこれを検知し(第
6図ステップ320)、該検知後は手順(2)のサブゴー
ルGS2を目的地とした走行制御を行ない、ロボット1を
サブゴールGS1からサブゴールGS2まで走行させる(ステ
ップ330)。[・ Procedure (2)] With the above traveling control, the robot 1
When reaching the 1, the travel control unit 70, detects this by comparing the input data (X, Y, φ) and the position data of the sub-goals GS 1 from the current position measuring unit 10 (X 1, Y 1) and (FIG. 6 step 320), after said detection performs a travel control in the destination subgoals GS 2 procedure (2), moving the robot 1 from subgoal GS 1 to subgoal GS 2 (step 330).
通過可能判定部50での処理 通過可能判定部50では、レンジファインダ20の出力
(r,θ)および前記仮想障害物4a,4bの幅データWb及び
サブゴールGS2の位置データに基づき領域区分および通
過可能判定処理を前記同様にして行ない、複数の分割領
域が通過可能か否かを判定する。尚、通常はゴール付近
には障害物は存在しないので、上記領域区分および通過
可能判定処理は、擬似データ設定部90による擬似設定デ
ータのみに基づき行なわれる。In the process passable determination unit 50 in the passable determination unit 50, the output of the range finder 20 (r, theta) and the virtual obstacle 4a, region dividing based on the position data of the width data W b and subgoals GS 2 of 4b and The passability determination process is performed in the same manner as described above, and it is determined whether a plurality of divided areas can pass. Since there is usually no obstacle near the goal, the above-described area division and passability determination processing is performed based on only the pseudo setting data by the pseudo data setting unit 90.
通過領域選択部60での処理 通過可能領域がm個求まったとすると、通過領域選択
部60では、前述したファジー規則(1)〜(8)を用い
てロボット1を走行させるべき通過領域を選択する。Processing in Passage Area Selection Unit Assuming that m passable regions have been obtained, the passage region selection unit 60 selects a passage region in which the robot 1 should travel using the fuzzy rules (1) to (8) described above. .
ただし、この場合は、先のファジー規則(1)〜
(8)で用いたファジー入力変数Θk(式)を求める
ためのθg(第15図参照)は、第21図に示すように、ロ
ボットの向きFに対するサブゴールGS2の方向GS2′の角
度とする。またファジー入力変数の幅間隔Zk=Wbとし、
また距離lk=▲▼とする。メンバーシップ関数とし
ては第16図に示したものを用いる。このようにして、前
記同様にして通過可能優先度αkを求め、最も大きいαk
値をもつ領域を通過可能領域として選択する。以上のよ
うなファジー制御が行なわれるが、この場合、サブゴー
ル方向GS2は仮想障害物4a,4bの真中に設定されているの
で、前記式のΘk値=0となり、仮想障害物4a,4bの間
の領域が通過領域として確実に選択される。However, in this case, the fuzzy rules (1) to
The θ g (see FIG. 15) for obtaining the fuzzy input variable Θ k (formula) used in (8) is, as shown in FIG. 21, the value of the direction GS 2 ′ of the subgoal GS 2 with respect to the direction F of the robot. Angle. Also, the width interval of the fuzzy input variable is set as Z k = W b ,
Also, the distance l k = ▲ ▼. The membership function shown in FIG. 16 is used. In this manner, the passable priority α k is obtained in the same manner as described above, and the largest α k
An area having a value is selected as a passable area. Although fuzzy control is performed as described above, in this case, since the sub-goal direction GS 2 is set in the middle of the virtual obstacle 4a, 4b, the expression of theta k value = 0, the virtual obstacle 4a, 4b Is reliably selected as the passage area.
走行制御部70での処理 走行制御部70では、前述した(i)のファジー走行制
御を行なうことでロボット1をサブゴールGS1からサブ
ゴールGS2まで走行させる。この場合、前述したファジ
ー規則(1)′〜(13)′では、ファジー入力変数とし
てlk,Zk,ψMを用いるようにしたが、この場合はこれ
らファジー入力変数を以下のように変換して用いるよう
にする(第21図参照)。In the processing, the cruise control unit 70 in the travel control unit 70, moving the robot 1 from subgoal GS 1 to subgoal GS 2 by performing a fuzzy travel control described above (i). In this case, in the fuzzy rules (1) 'to (13)' described above, l k , Z k , and ψ M are used as fuzzy input variables. In this case, these fuzzy input variables are converted as follows. (See FIG. 21).
lk=▲▼ Zk=Wb ψM=−θg このようにして、ロボット1を仮想障害物4a,4bの中
点M、すなわちサブゴールGS2に向けて走行させる。l k = ▲ ▼ in the Z k = W b ψ M = -θ g Thus, virtual obstacle 4a robot 1, 4b midpoint M, i.e. caused to travel toward the subgoal GS 2.
〔・手順(3)〕 以上の手順(2)の走行制御によって、ロボット1が
サブゴールGS2に到達したとすると、走行制御部70で
は、現在位置計測部10からの入力データ(X,Y,φ)とサ
ブゴールGS2の位置データ(X2,Y2)との比較によりこ
れを検知し(第6図ステップ340)、該検知後は手順
(3)の真のゴールGを目的地とした走行制御を行な
い、ロボット1をサブゴールGS2からゴールGまで走行
させる(ステップ350)。The travel control [and procedures (3)] above procedure (2), the robot 1 has reached the subgoal GS 2, the travel control unit 70, the input data from the current position measuring unit 10 (X, Y, φ) and the position data (X 2 , Y 2 ) of the subgoal GS 2 are detected (step 340 in FIG. 6), and after the detection, the true goal G in the procedure (3) is set as the destination. performs running control, moving the robot 1 from the subgoal GS 2 to the goal G (step 350).
通過可能判定部50および通過領域選択部60では、前述
と同様、領域区分、通過可能判定および通過領域選択処
理を行なうが、この場合、ロボット1は既にサブゴール
GS2まで到達しているので、通過領域としては仮想障害
物4a,4b間の領域が確実に選択される。The passability determination section 50 and the pass area selection section 60 perform area division, pass permission determination, and pass area selection processing as described above. In this case, the robot 1
Since the vehicle has reached GS 2 , a region between the virtual obstacles 4a and 4b is reliably selected as a passage region.
走行制御部70では、前記同様(i)のファジー走行制
御を行なうことでロボット1をサブゴールGS2から真の
ゴールGまで走行させる。この場合、前述したファジー
規則(1)′〜(13)′では、ファジー入力変数として
lk,Zk,ψMを用いるようにしたが、この場合も前記手
順(2)と同様これらファジー入力変数を以下のように
変換して用いるようにする(第22図参照)。The travel control unit 70, the moving the robot 1 by performing fuzzy running control similar (i) from subgoal GS 2 until the true goal G. In this case, in the fuzzy rules (1) ′ to (13) ′ described above, the fuzzy input variables
Although l k , Z k , and ψ M are used, these fuzzy input variables are converted and used as described below in the same manner as in the procedure (2) (see FIG. 22).
lk=▲▼ Zk=Wb ψM=−θg このようにして、ロボット1をサブゴールGS2から仮
想障害物4a,4bの中点M、すなわち真のゴールGに向け
て走行させる。l k = ▲ ▼ Z k = W b ψ M = -θ g In this way, the robot 1 is caused to travel from the subgoal GS 2 to the midpoint M of the virtual obstacles 4a and 4b, that is, the true goal G.
一方、走行制御部70では、ロボット1がゴールGから
所定距離以内に近づいたことを検知すると(第6図ステ
ップ360)、これ以降、停止のための減速を開始し、車
速を徐々に低下させ、ゴールG上でロボット1を確実に
停止させるようにする。On the other hand, when the travel control unit 70 detects that the robot 1 has approached within a predetermined distance from the goal G (step 360 in FIG. 6), the deceleration for stopping is started thereafter, and the vehicle speed is gradually reduced. Then, the robot 1 is surely stopped on the goal G.
このように、この実施例は、仮想的なサブゴールGS1
およびGS2を設定するとともに、サブゴールGS2と真のゴ
ールGの両側に所定幅の通過ゲートを設け、ロボット1
をサブゴールGS1,GS2を経由させて真のゴールGに走行
させることにより、指定された停止方向φcに沿ってロ
ボット1を確実に停止させるようにしたものである。Thus, this embodiment is a virtual subgoal GS 1
And GS 2 are set, and a passing gate of a predetermined width is provided on both sides of the sub goal GS 2 and the true goal G, and the robot 1
The by by way of the subgoal GS 1, GS 2 to travel to the true goal G, is obtained so as to stop the robot 1 reliably along a specified stop direction phi c.
尚、ゲート幅Wbは、車幅等を考慮して予め適当に定め
ればよいのであるが、Wbは狭めに設定した方が望まし
い。なぜならば、前記ファジー規則(2)′(3)′に
よれば、通過領域の幅Zkが広い場合には車速Vを速く、
また幅Zkが狭い場合には車速Vを遅くなるようファジー
制御しているので、Wbは狭く設定すると、サブゴールGS
2付近では車速が自然に低下してくれるからである。す
なわち、サブゴールGS2付近では、車速がある程度落ち
ていた方が停止方向φcに沿ってロボット1を正確に停
止させるための舵角の微調整を行なう上で都合がよいの
である。The gate width W b is is the may be determined in advance appropriately in consideration of the vehicle width or the like, W b is more desirable to set to narrow. Because the according to the fuzzy rule (2) '(3)', when the width Z k of the passing area is wide fast vehicle speed V,
Since the width Z k is fuzzy control to slow down the vehicle speed V when narrow and W b is set to be narrower, subgoal GS
This is because the vehicle speed naturally drops near 2 . That is, in the vicinity of the subgoal GS 2, the vehicle speed is be more convenient in terms of the person who had somewhat fallen perform fine adjustment of the steering angle for stopping correctly the robot 1 along the stop direction phi c.
一方、サブゴールGS1については、前述したように、
ファジー規則(1)′〜(17)′のファジー入力変数と
して用いる幅データZkを広く設定する。こうすることに
より、ファジー推論によって導かれる車速vはサブゴー
ルGS1に到達するまでは大きな値となり、ロボット1は
サブゴールGS1に至るまでは高速走行することになる。On the other hand, for subgoal GS 1 , as described above,
Widely set the width data Z k used as the fuzzy input variables of the fuzzy rule (1) '- (17)'. By doing so, the vehicle speed v derived by fuzzy inference becomes a large value until it reaches the subgoal GS 1, the robot 1 will be running at a high speed until reaching the subgoal GS 1.
すなわち、サブゴールGS1は停止方向θcに応じてロボ
ットをfa,fbのうちのどちら側から進入させるかを識別
させるために設けたものであり、ロボットはこのサブゴ
ールGS1上を単に通過するだけでよく、速度を落とす必
要はないのである。That is, the sub-goal GS 1 is provided to identify which side of the fa or fb the robot should enter according to the stopping direction θ c , and the robot simply passes over the sub-goal GS 1 You don't need to slow down.
なお、このサブゴールGS1についての幅Zkは仮想障害
物4a,4bの幅のように障害物を実際に設定したことによ
るものではなく、ファジー規則(1)′〜(17)′の入
力変数として用いるZk値を計算上大きな値に設定しただ
けのものである。The width Z k is not due to the actually set obstacles like a virtual obstacle 4a, 4b of the width of the subgoal GS 1, fuzzy rule (1) input variable '~ (17)' Is simply set to a large value in calculation.
第23図乃至第25図は、それぞれ実施例装置によるシュ
ミレーション結果を示すものであり、円で示す移動ロボ
ット1の位置は等時間間隔でプロットするようにしてい
る。これらの図によれば、移動ロボットはサブゴールGS
1を通った後、かつゴールGS2へと進行しようとする時に
徐々に速度が落ちていっているのがわかる。そしてサブ
ゴールGS2から目標点Gまでの走行によって指定された
停止方向に向くように舵角が制御されている。またこの
際、速度が落ちているので、舵角を制御している時にそ
れほどハンチングが発生してはいない。FIG. 23 to FIG. 25 each show a simulation result by the apparatus of the embodiment, and the positions of the mobile robot 1 indicated by circles are plotted at equal time intervals. According to these figures, the mobile robot is a subgoal GS
You can see that the speed gradually decreases after passing 1 and going to goal GS 2 . The steering angle to be directed to the specified stop direction by traveling from subgoal GS 2 to the target point G is controlled. Also, at this time, since the speed is reduced, there is not much hunting when controlling the steering angle.
なお、前記実施例では、移動ロボットから障害物まで
の距離を全方位にわたって計測する手段として、第3図
に示したようなレンジファインダを用いるようにした
が、これに限らず、光を用いた他の構成、さらには超音
波を用いた構成などを採用するようにしてもよい。In the above embodiment, a range finder as shown in FIG. 3 is used as a means for measuring the distance from the mobile robot to the obstacle in all directions. However, the present invention is not limited to this. Another configuration, a configuration using ultrasonic waves, or the like may be adopted.
また、上記実施例では、サブゴールGS1から真のゴー
ルGまでの間も仮想障害物4a、4b以外にも障害物がある
と仮定して、通過可能判定部50及び通過領域選択部60に
よる機能を働かせるようにしたが、サブゴールGS1から
真のゴールGまでの領域に真の障害物が存在しない場合
は、上記動作は無駄となるので、前期手順(2)及び
(3)においては、通過可能判定部50及び通過領域選択
部60の動作を停止させ、走行制御部70のみによるファジ
ー走行制御によってロボット1を車速および操舵制御す
るようにしてもよい。In the above embodiment, even virtual obstacle 4a between the subgoal GS 1 to true goal G, assuming that there is an obstacle other than 4b, function by passable determination unit 50 and the passage area selecting section 60 was to exert, if true obstacle region from subgoal GS 1 to true goal G is not present, since the operation is wasted in the previous year Step (2) and (3), pass The operation of the possibility determination unit 50 and the passage area selection unit 60 may be stopped, and the vehicle speed and the steering control of the robot 1 may be performed by fuzzy traveling control only by the traveling control unit 70.
以上説明したようにこの発明によれば、ファジー推論
を用いて無人移動体の障害物回避制御および走行制御を
行なうようにしたので、人間の感覚に近い状況判断によ
って移動体の経路選択をなし得るとともに、人間による
運転に近い感じで移動体を滑らかな曲線に沿って走行さ
せることができる。さらに、擬似設定した2つのサブゴ
ールを経由させて真のゴールまで走行させるようにした
ので、指定された停止方向にロボットを確実に停止させ
ることができる。また、本ファジー制御では、全ての走
行に共通のファジー規則を用いることができる。As described above, according to the present invention, the obstacle avoidance control and the traveling control of the unmanned moving object are performed using the fuzzy inference, so that the route selection of the moving object can be performed by the situation judgment close to the human sense. At the same time, it is possible to make the moving body travel along a smooth curve with a feeling similar to human driving. Further, since the robot is caused to travel to the true goal via the two subgoals set in a pseudo manner, the robot can be reliably stopped in the designated stop direction. In the present fuzzy control, a common fuzzy rule can be used for all traveling.
第1図はこの発明の一実施例について制御系の構成例を
示すブロック図、第2図は移動ロボットの構成例を示す
側面図、第3図はレンジファインダの構成例を示すブロ
ック図、第4図はレンジファインダの出力データを説明
する説明図、第5図は擬似設定したサブゴールおよび仮
想障害物を示す図、第6図は本実施例のメインフローチ
ャートを示す図、第7図および第8図は領域区分の一例
を示す説明図、第9図は通過可能判定処理の一例を示す
フローチャート、第10図(a),(b)はそれぞれ前方
領域と後方領域との判別の概念を説明するに用いた図、
第1図(a),(b)は側壁領域の判別態様を説明する
に用いた図、第12図および第13図は領域拡張の一例を示
す説明図、第14図は領域拡張処理の一例を示すフローチ
ャート、第15図はファジー推論で用いる変数を説明する
説明図、第16図は通過領域選択についてのファジー推論
で用いるメンバーシップ関数の一例を示すグラフ、第17
図は走行制御についてのファジー推論で用いるメンバー
シップ関数の一例を示すグラフ、第18図乃至第22図はそ
れぞれ本実施例で用いる走行制御を説明するに用いた
図、第23図乃至第25図はそれぞれ本実施例による移動ロ
ボットの走行例を示す図である。 1…移動ロボット、4…障害物、10…現在位置計測部、
20…障害物データ計測部(レンジファインダ)、40…目
標位置設定部、50…通過可能判定部、60…通過可能領域
選択部、70…走行制御部、80…ファジー推論部、90…擬
似データ設定部。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a control system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view showing a configuration example of a mobile robot, FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a range finder, FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining output data of the range finder, FIG. 5 is a diagram showing sub-goals and virtual obstacles set in a pseudo manner, FIG. 6 is a diagram showing a main flowchart of the present embodiment, and FIGS. FIG. 9 is an explanatory view showing an example of area division, FIG. 9 is a flowchart showing an example of passability determination processing, and FIGS. 10 (a) and (b) explain the concept of discrimination between a front area and a rear area, respectively. Figure used for
1 (a) and 1 (b) are diagrams used to explain a manner of determining a side wall region, FIGS. 12 and 13 are explanatory diagrams showing an example of region expansion, and FIG. 14 is an example of region expansion processing. FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining variables used in fuzzy inference, FIG. 16 is a graph showing an example of a membership function used in fuzzy inference regarding passage area selection, FIG.
FIG. 18 is a graph showing an example of a membership function used in fuzzy inference about travel control. FIGS. 18 to 22 are diagrams used to explain travel control used in the present embodiment, and FIGS. 23 to 25. 3A and 3B are diagrams illustrating running examples of the mobile robot according to the present embodiment. 1 ... mobile robot, 4 ... obstacle, 10 ... current position measuring unit,
20: Obstacle data measurement unit (range finder), 40: Target position setting unit, 50: Passable determination unit, 60: Passable area selection unit, 70: Travel control unit, 80: Fuzzy inference unit, 90: Pseudo data Setting section.
Claims (1)
まで自律走行させるとともに、該目標地点において指定
した方向に無人移動体を停止させる無人移動体の走行制
御装置において、 無人移動体の現在位置および姿勢を逐次計測する位置姿
勢計測手段と、 目標地点の位置および該目標地点における無人移動体の
停止方向を設定する目標地点情報設定手段と、 無人移動体の周りに存在する障害物までの距離を所定角
度間隔で全方位にわたって逐次計測する距離計測手段
と、 前記設定された停止方向に応じて前記目標地点を通って
停止方向に延びる直線上に第1,第2の仮の目標地点を選
定し、さらに前記目標地点とこの目標地点に近い側の第
2の仮の目標地点とを結ぶ線分の両側に仮想障害物を擬
似的に自動設定する擬似設定手段と、 これら位置姿勢計測手段、目標地点情報設定手段、距離
計測手段および擬似設定手段の出力に基づく所定のファ
ジー推論によって無人移動体の車速および舵角制御を行
なうことにより障害物および前記仮想障害物を回避しな
がら第1の仮の目標地点、第2の仮の目標地点を経由し
て無人移動体を前記目標地点まで走行させるファジー制
御手段と、 を具える無人移動体の走行制御装置。An unmanned mobile traveling control device for autonomously traveling an unmanned mobile to a target location while avoiding an obstacle and stopping the unmanned mobile in a designated direction at the target location. Position and orientation measurement means for sequentially measuring the position and orientation; target point information setting means for setting the position of the target point and the stopping direction of the unmanned mobile at the target point; Distance measuring means for sequentially measuring the distance in all directions at predetermined angular intervals; and a first and a second temporary target point on a straight line extending in the stop direction through the target point according to the set stop direction. Pseudo setting means for selecting and automatically setting virtual obstacles on both sides of a line connecting the target point and a second temporary target point on the side closer to the target point; Obstacles and the virtual obstacles are avoided by controlling the vehicle speed and steering angle of the unmanned vehicle by predetermined fuzzy inference based on the outputs of the position and orientation measurement means, target point information setting means, distance measurement means and pseudo setting means. And a fuzzy control means for causing the unmanned mobile to travel to the target point via the first temporary target point and the second temporary target point.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1226568A JP2772682B2 (en) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | Travel control device for unmanned vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH0390915A JPH0390915A (en) | 1991-04-16 |
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Family
ID=16847202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP1226568A Expired - Lifetime JP2772682B2 (en) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | Travel control device for unmanned vehicles |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2772682B2 (en) |
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-
1989
- 1989-09-01 JP JP1226568A patent/JP2772682B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH0390915A (en) | 1991-04-16 |
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