JP4699426B2

JP4699426B2 - 障害物回避方法と障害物回避移動装置

Info

Publication number: JP4699426B2
Application number: JP2007170086A
Authority: JP
Inventors: 孝周後藤; 肇川野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: JP2008065811A; US20080040040A1; US7778776B2

Description

本発明は、ロボットなどの移動装置の障害物回避機能に関するものであり、特に、移動している障害物を回避する方法に関するものである。

従来、自動カート、自律走行自動車などの移動装置や、産業用ロボットのマニピュレータなどに代表されるような移動経路を生成するものがある。これらの自律型移動装置において、移動経路上にある障害物を回避する機能を有するものがある（例えば、特許文献１、２、及び非特許文献１参照）。

特許文献１、特許文献２、非特許文献１に開示された従来技術について、図１０、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、及び図１２Ｂを用いて説明する。

図１０は、特許文献１に開示の障害物回避動作を示す模式図である。また、図１１Ａ、及び図１１Ｂは，特許文献２に開示の障害物回避動作を示す模式図であり、図１１Ａは障害物の座標系における確率ポテンシャル場を示す図であり、図１１Ｂは勾配を付加した確率ポテンシャル場を示す図である。さらに図１２Ａは、非特許文献１に開示の障害物回避動作を示す模式斜視図であり、図１２Ｂは、非特許文献１に開示の障害物回避動作を示す模式平面図である。

図１０において、特許文献１に開示の移動装置５１０は、移動可能な周囲の所定範囲の３次元空間を干渉チェックブロック５２０と規定する。干渉チェックブロック５２０は、任意の大きさのセクタとして分割されており、個々のセクタそれぞれが進路上の障害物５３０と干渉するか否かをチェックする。特許文献１は、図１０に示す干渉ブロック５２０の個々のセクタにおける干渉チェックの結果に基づいて、移動装置５１０と障害物５３０との干渉を回避する経路を生成する障害物回避方法である。

図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて，特許文献２に開示の移動装置６１０は，確率密度Ｕ，位置Ｘ、Ｙの３つを軸とした空間上に位置する。移動装置６１０は、搭載されたセンサ（図示しない）による移動障害物６３０の過去の位置情報から次の時間に存在する２次元正規分布で確率を算出し、図１１Ａに示す確率ポテンシャル場を生成する。その後、生成した確率ポテンシャル場において目標位置に向かう勾配を付加し、勾配の傾きに基づいて経路を選択する。具体的には、図１１Ｂにおいて、移動装置６１０は、移動経路ｃａとｃｂとにおいて、移動経路ｃｂの目的位置までの勾配が移動経路ｃａの勾配より急な場合は、移動障害物６３０の前を横切る移動経路ｃｂを選択する。特許文献２は、図１１Ｂに示すように勾配が付された確率ポテンシャル場の傾きに基づき目標位置に向かう経路を探索する障害物回避方法である。

図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、非特許文献１に開示の移動装置７１０は、時間Ｔ、位置Ｘ、Ｙの３つを軸とした空間上に位置する。移動装置７１０は、搭載されたセンサ（図示しない）による情報から移動障害物７３０の速度ベクトルを推定する。その後、推定した速度ベクトルより予測した移動障害物７３０の軌跡を、空間と時間の座標上において斜円柱７４０とみなし、斜円柱７４０を回避する経路候補Ａ１、Ａ２のうちで目標位置までの到着時刻が早い経路を選択する。

具体的には、図１２Ｂにおいて、移動装置７１０は、移動経路Ａ１とＡ２とにおいて、移動経路Ａ２の場合の到着時刻が移動経路Ａ１の場合の到着時刻より早い場合は、移動障害物７３０の移動方向前方側を横切る移動経路Ａ２を選択する。非特許文献１は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように選択した経路に基づいて障害物を回避する方法である。

特開平１０−２０９１６号公報特開２００３−２４１８３６号公報坪内孝司，浪花智英，有本卓「平面を移動する複数の移動障害物とその速度を考慮した移動ロボットのプランニングとナビゲーション」日本ロボット学会誌Ｖｏｌ．１２Ｎｏ．７，１９９４（ｐ．１０２９〜１０３７）

しかしながら、前記従来の構成においては、障害物の移動方向を考慮せずに移動装置が回避するため、障害物の移動方向と同じ方向へと移動装置が回避する可能性がある。その結果、移動装置と障害物との衝突や、移動装置が回避動作を繰り返すという課題がある。

また、障害物の移動を時系列に積み重ねていく従来の構成では、障害物の移動状態によっては障害物の移動経路が空間を埋め尽くしてしまい、移動装置の移動が不可能になる課題がある。

例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す障害物回避方法では、移動装置７１０は、図１２Ｂに示すように、移動経路Ａ１（０）とＡ２（０）において、移動経路Ａ２（０）の到着時刻がＡ１（０）より早い場合は、障害物の前を横切る移動経路Ａ２（０）を選択するため、移動障害物７３０の速度によっては、移動装置７１０が移動障害物７３０と衝突する可能性が高い。また、単位時間毎に最速経路を選択するため、移動経路Ａ２（１）、Ａ２（２）と選択することとなり、その結果、移動装置７１０は移動障害物７３０を回避し続けて、到達点ＤＰに到達しない可能性がある。

さらに、障害物が人の場合においては、進行方向を横切り進行を妨げるだけでなく、プロクセミックス理論で唱えられている他者や物体が入り込むと不快に感じる空間内に移動装置が侵入する可能性があり、移動装置が人に不安感や圧迫感を与えてしまう課題がある。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、ロボットなどの移動装置の障害物回避動作において、障害物との衝突や、回避動作の繰り返しの低減だけでなく，人に不安感や圧迫感を与えない障害物回避方法及び障害物回避移動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、移動装置に対する障害物の相対移動の情報を上記移動装置で取得し、
上記情報に基づいて上記障害物の移動経路と移動方向を算出し、
上記障害物の移動方向に直交する直交方向に比して上記移動方向の長さが長いとともに、上記移動方向の後方側の長さが上記移動方向の前方側の長さよりも短い形状を有する第１領域を上記障害物の周囲に設定し、
上記移動装置が、上記第１領域を回避する移動制御を行う際に、
上記障害物の相対移動の情報の取得は、上記移動装置に搭載されたセンサで、上記障害物との相対距離と相対速度と相対方向とを検知することにより行われ、
上記移動装置による上記第１領域の回避移動は、上記障害物の移動方向の前方側に設定された回避移動の経路と後方側に設定された回避移動の経路のそれぞれの経路長さを算出して、経路長さが短い方の経路を選択して行われ、
上記前方側経路と上記後方側経路の経路長さが同じ場合には、上記後方側経路を選択し、
上記障害物による映像情報の取得方向が上記移動装置に向いているか否かを判断し、上記移動装置に向いていると判断する場合に、上記第１領域の長手方向を上記移動装置の方向へと変更して、上記第１領域を再設定する、
移動装置の障害物回避方法を提供する。

本発明の第２態様によれば、上記障害物の速度に応じて、上記第１領域の上記移動方向と上記直交方向の長さの比を変更する、第１態様に記載の移動装置の障害物回避方法を提供する。

本発明の第３態様によれば、上記障害物の速度が大きくなるにつれ、上記直交方向に対する上記移動方向の長さを大きくする、第２態様に記載の移動装置の障害物回避方法を提供する。

本発明の第４態様によれば、移動装置に対する障害物の相対移動の情報を取得する相対移動情報取得装置と、
上記相対移動情報取得装置で取得された上記情報に基づき、上記障害物の移動経路と移動方向を算出して、上記障害物の移動方向に直交する直交方向に比して上記移動方向が長いとともに、上記移動方向の後方側の長さが上記移動方向の前方側の長さよりも短い形状を有する第１領域を設定する第１領域設定装置と、
上記第１領域設定装置により設定された上記第１領域を回避するように、上記移動装置の移動制御を行う移動制御装置と、を備え、
上記相対移動情報取得装置は、上記相対移動の情報として、上記障害物との相対距離と相対速度と相対方向とを検知するセンサを備え、
上記移動制御装置において、
上記移動装置による上記第１領域の回避移動は、上記障害物の移動方向の前方側に設定された回避移動の経路と後方側に設定された回避移動の経路のそれぞれの経路長さを算出して、経路長さが短い方の経路を選択して行われるとともに、上記前方側経路と上記後方側経路の経路長さが同じ場合には、上記後方側経路を選択し、
上記第１領域設定装置において、
上記障害物による映像情報の取得方向が上記移動装置に向いているか否かを判断し、上記移動装置に向いていると判断する場合に、上記第１領域の長手方向を上記移動装置の方向へと変更して、上記第１領域を再設定する、
障害物回避移動装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、上記相対移動情報取得装置により取得される上記相対移動の情報には、上記障害物の速度の情報が含まれ、
上記第１領域設定装置は、上記障害物の速度の情報に応じて、上記第１領域の上記移動方向と上記直交方向の長さの比を変更して、上記第１領域を設定する、第４態様に記載の障害物回避移動装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、上記第１領域設定装置は、上記障害物の速度が大きくなるにつれ、上記直交方向に対する上記移動方向の長さが大きくなるように、上記第１領域を設定する、第５態様に記載の障害物回避移動装置を提供する。

以上のように、本発明の障害物回避方法によれば、障害物の周囲にその移動方向に長い形状の空間である不侵入領域（第１領域）を設定する。そして、移動装置がその不侵入領域を回避する移動制御を行うことで、移動装置と障害物との衝突防止や、回避動作の繰り返しの低減だけでなく、障害物が人であるような場合に、人に不安感や圧迫感を与えない障害物回避方法及びこのような回避動作を実現する障害物回避移動装置を提供することができる。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の障害物回避方法の模式図である。

図１において、移動装置１は、距離センサ２を具備し、移動装置１の進路上を移動する障害物３を回避しながら目標位置９まで移動する移動機能を有するロボットである。移動装置１は、その前方側にセンシング領域４を有しており、距離センサ２によってセンシング領域４をセンシングしながら移動を行う。センシング領域４内に障害物３が存在することを距離センサ２により検知した場合には、この障害物３を回避しながら、移動装置１の移動が行われる。なお、本実施の形態１では、センシング領域４を移動装置１の前方側に設けているが、このような場合に代えて、移動装置１の周囲の全方位の領域にセンシング領域が設けられるような場合であってもよい。また、図１、相対的な移動を行う移動装置１と障害物３との位置関係を平面において示す模式図であり、移動装置１が移動方向Ｐに移動し、障害物３が移動方向Ｑに移動している状態を示している。

図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃのそれぞれは、本実施の形態１の障害物回避方法の内容を、障害物と移動装置との位置関係により説明する模式図である。図２Ａは、時間ｔ０の時の障害物と移動装置との位置関係を示す図であり、図２Ｂは、時間ｔ１の時の障害物と移動装置との位置関係を示す図であり、図２Ｃは、時間ｔ２の時の障害物と移動装置との位置関係を示す図である。ここで、時間ｔ０、ｔ１、ｔ２の関係は、ｔ０＜ｔ１＜ｔ２である。

図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃに示すように、移動装置１の前方側に形成されるセンシング領域４は、任意の大きさのエリアＲに分割されている。移動装置１に搭載されている距離センサ２は、個々のエリアＲ内に障害物３が存在するかどうかをセンシングすることにより検出している。具体的には、図２Ａに示す時間ｔ０の状態において、障害物３が存在する座標を（Ｉ（ｔ０），Ｊ（ｔ０））とし、この座標が含まれるエリアをＲ０とする。また、移動装置１は移動方向Ｐ沿いの移動を行い、障害物３は移動方向Ｑ沿いに等速直線運動を行っているものとする。

このような時間ｔ０の状態から所定の時間が経過した時間ｔ１の状態においては、図２Ｂに示すように、障害物３は移動装置１に対して相対的に移動して、座標（Ｉ（ｔ１），Ｊ（ｔ１））に位置する。なお、この座標が含まれるエリアをＲ１とする。障害物３は等速直線運動をしているため、障害物３の存在する座標の時間ｔ０からｔ１における時間的な変化量を用いることで、その後、時間ｔ２となった時に障害物３が存在する座標（Ｉ（ｔ２），Ｊ（ｔ２））、すなわちエリアＲ２を予測することができる。このような手法を用いることで、未達の時間ｔ２における障害物３の移動位置を予測しながら、障害物との干渉を回避して、移動装置１の移動制御を行うことができる。例えば、図２Ｃに示すように、時間ｔ２において障害物３が移動装置１の移動方向Ｐ上の位置であるエリアＲ２に位置されることが予測されるような場合には、移動装置１の移動方向ＰをＰ’に変更して、障害物３との干渉を回避できる安全な領域ＲＳに向けて移動させ、回避運動を行うことができる。

本実施の形態１の障害物回避方法について、さらに詳細に説明する。障害物３が例えば人であるような場合について考える。図３Ａの模式図に示すように、まず、障害物（人）３と移動装置１との衝突（接触）を確実に防止するための安全領域として、人３の周囲に衝突防止領域Ｇ１を設定する。この衝突防止領域Ｇ１は、障害物３の周囲全方位について、移動装置１との衝突を防止するための領域である。例えば、図３Ａに示すように、障害物３の重心をその中心として直径Ｄの円形の領域として設定する。

さらに、図３Ａに示すように、予測した障害物３の移動方向Ｑに対して障害物３の重心を基準として人の意識領域Ｇ２を障害物３の周囲に設定する。この人の意識領域Ｇ２は、移動装置１がこの領域Ｇ２内に侵入すると人が不安感や圧迫感を抱いてしまい、移動装置１の移動が人の移動に影響を与えてしまうことを考慮して設定された領域である。本実施の形態１では、障害物３が人であるような場合を例として説明するものであり、この意識領域Ｇ２が、移動影響防止領域の一例となっている。なお、障害物３は人に限られるものではなく、人間型ロボットなど自律制御により移動する移動ロボットなどの場合も含む。この場合は、障害物の種類によって意識領域Ｇ２は変化する。

このような衝突防止領域Ｇ１と人の意識領域Ｇ２とを含む領域として、図３Ａに示すように、障害物３の周囲に、移動装置１の侵入を禁止する不侵入領域（第１領域）Ｇが設定される。

ここで、このような不侵入領域Ｇの設定方法について、図３Ａ及び図３Ｂの模式図及び式（１）、（２）を用いて具体的に説明する。

まず、図３Ｂのように、Ｘ軸、Ｙ軸を定義する。Ｘ軸の正方向は、移動装置１の移動方向である。すると、不侵入領域Ｇは、以下の式（１）、（２）及び（３）を用いて設定できる。

ただし、Ｖ＝｜Ｖｒ｜＋｜Ｖｈ｜×ｃｏｓφであり、式（１）のそれぞれの値の単位は［ｍ］である。
Ｖｒは移動装置１の移動速度ベクトルであり、Ｖｈは障害物３の移動速度ベクトルである。また、φ＝ｃｏｓ^−１｛（Ｖｒ・−Ｖｈ）／｜Ｖｒ｜｜Ｖｈ｜｝である。

ここで、式（２）と式（３）が交点を有し、この交点をＸ０、Ｘ１（Ｘ０≦Ｘ１）とすると、
ｘ≦Ｘ１のときは、式（４）の関係を有する。

ｘ≧Ｘ１のときは、式（５）の関係を有する。

ここで、Ｌ（ｍ）は、人の重心から不侵入領域Ｇの先端までの長さであり、Ｖ（ｍ／ｓ）はＸ軸方向における移動装置１の障害物３に対する相対速度である。また、ａ，ｂは係数であり、ａ＝１．８〜２．２、ｂ＝０．５〜１．５の範囲で設定され、σ≧０．０９で設定される。

このように、不侵入領域Ｇは、障害物３と移動装置１の相対的な移動関係と、障害物３の移動速度及び移動方向を考慮して設定される。このように設定される不侵入領域Ｇは、障害物３の移動方向Ｑと直交する方向（幅方向）に比して、その移動方向Ｑ沿いの前方方向に長い形状を有する領域として設定される。設定された不侵入領域Ｇを回避するように移動装置１は、最短となる移動経路を選択して、障害物３の回避制御を行う。

ここで障害物３である人が不安に感じる空間、すなわち人の意識領域Ｇ２を含む不侵入領域Ｇを設定する際に、人の心理状態を判断する基準として、人の筋電位・心音・血圧・脳波などの生体信号を測定し、その変化に応じて回避する領域（不侵入領域Ｇ）を変更してもよい。例えば、人の心理状態が比較的安定状態にあるような場合には、不侵入領域Ｇが比較的小さくなるように変更することができ、心理状態が比較的不安定な状態にあるような場合には、不侵入領域Ｇが比較的大きくなるように変更することができる。また、障害物の大きさによって設定する範囲を変化させても良い。

また，図４Ａに示すように，移動装置１の制動距離Ｗを考慮した停止範囲Ｅを設定することで、不侵入領域Ｇと停止範囲Ｅとが干渉するような場合に、移動装置１を停止させるような制御を行うことができる。このような停止範囲Ｅは、移動装置１の制動距離Ｗと、移動装置１の先端部から重心までの距離Ｄｆを用いて、Ｗ＋Ｄｆ＝ｒを半径として、移動装置１の重心を中心として半径ｒの領域を停止範囲Ｅとして設定することができる。ここで、移動装置１の速度と制動停止までの時間の関係を示すグラフを図４Ｂに示す。図４Ｂに示すように、移動速度Ｖｒで移動中の移動装置１の停止範囲Ｅと、障害物３の不侵入領域Ｇとの干渉が検出されてから、移動装置１の減速が開始されるまで、制御処理等に時間Ｔ１を要し、その後、さらに時間Ｔ２経過した時点で移動装置１が停止することとなる。このような制御処理等に要する時間Ｔ１、制動距離Ｗ、又は移動装置１の大きさなどを考慮して停止範囲Ｅが設定されることが好ましい。なお、例えば、制動距離Ｗは、Ｗ＝Ｖｒ×Ｔ１＋Ｖｒ×Ｔ２×０．５として設定することができる。

また、障害物３である人の顔や目線が移動装置１に向いていると判断した場合、図５に示すように、不侵入領域Ｇｄを、障害物３を中心として移動装置１の方向に角度γ回転させて設定してもよい。このように不侵入領域Ｇを人の顔や目線の向きに応じて設定（あるいは再設定）することにより、人の視線の方向に応じて変化する人の意識領域をより的確に不侵入領域Ｇに反映させることができる。従って、人が視覚情報を取得する向きをも考慮して不侵入領域Ｇを設定することができ、人に不安を与えない移動装置の回避方法を実現することができる。ここで、人の顔や目線の向きを検出する方法としては、例えばカメラによる画像認識や人の筋電位による生体信号の認識などを用いることができる。障害物３が、例えばその周囲環境の映像情報を取得して、取得された情報に基づいてその移動制御が行われるような機能を有する人型ロボットであるような場合には、人型ロボットによる周囲環境の映像情報の取得方向を、移動装置１が検出して、その取得方向を不侵入領域Ｇの長手方向となるように、不侵入領域Ｇの設定を行っても良い。

次に、本実施の形態１における移動装置１の障害物回避方法について説明する。この説明にあたって、図６Ａ及び図６Ｂに、本実施の形態１の障害物回避方法に判断基準を説明するための模式図を示す。

図６Ａにおいて、まず、移動装置１に入力されている条件より、時間ｔ＝ｔ０のときの移動装置１から目標位置９までの回避経路（進路）ａ０、ｂ０を算出する。ここで、回避経路ａ０は、障害物３の移動方向Ｑの前方側において不侵入領域Ｇを回避する経路であり、回避経路ｂ０は、障害物３の移動方向Ｑの後方側において不侵入領域Ｇを回避する経路である。このように、２つの回避経路ａ０、ｂ０が算出された後、回避経路ａ０、ｂ０から目標位置９までの距離が短い方の経路を選択し、選択された回避経路ａ０に沿って移動装置１の移動を行う。その後、所定の時間間隔にて、回避経路の算出を行い、距離が短い方の経路を選択して、移動装置１の移動を継続する。

図６Ｂに示すように、時間ｔ＝ｔ１（ｔ１＞ｔ０）のとき、算出された２つの回避経路ａ１、ｂ１の距離が同じとなった場合には、障害物３の移動方向Ｑの後方側の経路である回避経路ｂ１を選択し、目標位置９に向かった移動装置１の移動を行う。このように算出された回避経路の距離が同じとなった場合に、障害物３の移動方向に対して前方側ではなく、後方側の経路を選択することにより、移動装置１が人（障害物）の視界にできるだけ入らないようにすることができ、人が受ける心理的な不安感や圧迫感をより低減することができるという効果を得ることができる。

図７に、移動装置１の情報処理のブロック構成図を示す。

図７に示すように、移動装置１は、周辺の環境をセンシングする環境検出装置５１として距離センサ２を備えている。また、この環境検出装置５１から得られる検出空間の距離情報Ｍｄと角度情報Ｍθを環境情報Ｍ１とする。

物体有無判断装置５２は、得られた環境情報Ｍ１に基づいて障害物３の有無を判断する装置である。物体有無判断装置５２は、障害物３の存在する分割したエリアＲ（図２Ａ〜図２Ｃ参照）の座標（放射状方向Ｉ番目、同心円方向Ｊ番目）を障害物３の相対位置情報（移動装置に対する障害物の相対移動に関する情報（相対距離、相対速度、及び相対方向の情報）Ｍ２として、この情報Ｍ２を作成する機能を有している。本第１実施形態の移動装置１においては、環境検出装置５１及び物体有無判断装置５２が相対移動情報取得装置として機能する。

物体相対位置予測装置５３は、物体有無判断装置５２で作成された相対位置情報Ｍ２に基づいて障害物３と移動装置１の相対位置の変化を予測し、物体相対位置予測情報Ｍ３を算出して作成する装置である。

移動不可予測装置５４は、移動装置１の進路において、相対位置情報Ｍ２と物体相対位置予測情報Ｍ３とから移動装置１の移動を妨げる危険性を予測し、危険性情報Ｍ４を算出して作成する装置である。

移動可能判断装置５５は、危険性情報Ｍ４に基づいて移動装置１の移動が妨げられると予測される場合に、移動装置１の移動において旋回や加減速など移動状態を変更することにより進路上の障害を回避するための制御情報として、移動変更情報Ｍ５を算出する装置である。

目標位置到達判断装置５６は、移動装置１が目標位置に到達したかどうかを判断する装置である。

移動状態変更装置５７は、移動変更情報Ｍ５を制御装置６１に入力し、この制御装置６１から移動装置１の移動を妨げる危険性を回避するように制御指令Ｍ６を移動装置１の車輪などの移動機構を駆動させる駆動装置６２へ出力することで、移動装置１の移動状態を変更する装置である。ここで、このような移動機構としては、例えば、車輪などを用いた機構に限られるものではなく、その他、歩行機構などを用いてもよい。本第１実施形態においては、移動可能判断装置５５、移動状態変更装置５７、及び制御装置６１が移動制御装置として機能する。

さらに、移動装置１は、目標位置を指令する命令装置５８と、取得した各種情報を記憶する記憶装置６３と、取得した情報から移動装置１の位置、速度、あるいは進路上の障害物３の形状や移動速度などを算出する演算装置６４とを備える。ここで、命令装置５８から出力される情報を指令情報Ｍ６とする。また、移動装置１の位置や速度は，例えば，車輪機構が用いられるような場合、エンコーダ情報を利用したオドメトリ情報から算出してもよい。

図８は、本実施の形態１のアルゴリズムのフローチャートである。

図８において、まず、ステップＳ１で、移動装置１の周りの障害物３の位置を検出する。具体的には、移動装置１が備える距離センサ２により環境情報Ｍ１を取得し、この取得された環境情報Ｍ１に基づいて、物体有無判断装置５２によりセンシング領域４内に障害物３が存在するかどうかを判断する。ステップＳ１でセンシング領域４内に障害物３が存在しないと判断した場合には、ステップＳ１２で、目標位置９に直進するように移動装置１の移動制御が行われる。また、ステップＳ１でセンシング領域４内に障害物３が存在すると判断した場合には、ステップＳ２で、物体有無判断装置５２にて障害物３が存在するエリアＲの座標を障害物３の相対位置情報Ｍ２として記憶装置６３に記憶させる。

続いて、ステップＳ３で、記憶装置６３に記憶されている直前に障害物３が存在した相対位置情報Ｍ２を参照するとともに、この直前の相対位置情報Ｍ２と現時点の相対位置情報Ｍ２とを比較し、移動装置１や移動装置１の進路へ障害物３が接近するか否かを判断する。具体的には、物体相対位置予測装置５３にて、現時点よりも前の位置情報Ｍ２と現時点の位置情報Ｍ２とを比較することにより、障害物３の移動方向及び移動速度を算出する。このように算出された結果が、障害物３と移動装置１との相対位置変化を予測する物体相対位置予測情報Ｍ３である。次に、ステップＳ４で、このように算出された物体相対位置予測情報Ｍ３に基づいて、移動不可予測装置５４にて、移動装置１の移動を妨げるように障害物３が移動する危険性があるかどうかを判断するとともに、その判断結果の情報である危険性情報Ｍ４を作成する。

この危険性情報Ｍ４に基づいて、移動装置１の進路が障害物３により妨げられる危険性がないと判断された場合には、ステップＳ１２で、移動装置１が目標位置９に直進するようにその移動制御が行われる。

一方、ステップＳ４にて移動装置１の進路が障害物３により妨げられる危険性があると判断された場合には、ステップＳ５で、移動可能判断装置５５により障害物３の位置が移動装置の制動距離よりも離れているか否かを判断する。なお、制動距離とは移動装置の重量や速度に依存する値である。ステップＳ５にて制動距離よりも離れていないと判断される場合には、ステップＳ１０で、移動装置１は停止される。具体的には、移動可能判断装置５５において、移動装置１を停止させるための移動変更情報Ｍ５を作成し、この移動変更情報Ｍ５を制御装置６１に入力して、移動装置１の停止制御が行われる。

ステップＳ５にて障害物３が制動距離よりも離れていると判断される場合には、ステップＳ６にて、移動可能判断装置５５により障害物３の周囲に不侵入領域Ｇを設定する。次に、ステップＳ７にて、障害物３の不侵入領域Ｇを回避する経路ａ、ｂを算出する。このような回避経路ａ，ｂは移動変更情報Ｍ５の一例であり、移動可能判断装置５５により算出される。ここで、回避経路ａは、障害物３の移動方向前方側の回避経路ａであり、回避経路ｂは障害物３の移動方向後方側の回避経路である。なお、本第１実施形態の移動装置１においては、移動可能判断装置５５が第１領域設定装置として機能する。

さらに、移動可能判断装置５５においては、このように算出された回避経路ａ，ｂの選択判断を行う。具体的には、ステップＳ８にて、回避経路ａ，ｂの距離が同じであるかどうかが判断される。距離が同じである場合には、ステップＳ１１にて移動方向後方側の経路である回避経路ｂが選択される。このように距離が同じ場合に、障害物３の移動方向後方側の経路を選択することで、人に対して不安感や圧迫感を与えてしまうことが防止できる。一方、ステップＳ８にて、回避経路ａ，ｂの距離が相違すると判断される場合には、ステップＳ９にて、距離が短い方の回避経路が選択される。移動状態変更装置５７では、このように選択された回避回路の情報を、移動変更情報Ｍ５として制御装置６１に入力し、制御装置６１から制御指令Ｍ６が駆動装置６２へ入力されることにより、移動装置１による障害物３の回避制御が行われる。

ステップＳ９、Ｓ１１、及びＳ１２にて、移動装置１の移動制御が行われた後、ステップＳ１３にて、目標位置到達判断装置５６により移動装置１が目標位置９に到着したかどうかが判断され、到着していないと判断された場合には、ステップＳ１〜Ｓ１２迄の処理が順次行われる。一方、目標位置到達判断装置５６により目標位置９に到着したものと判断された場合には、移動装置１の回避制御が終了する。

なお、距離センサ２は、距離情報を取得できる非接触型センサとして、例えば、レーザレーダや超音波センサを用いることが考えられる。レーザレーダは検出範囲内のどの方向に障害物が存在するかの検出を精度良く行うことができ、超音波センサはガラスなど光を反射しない物質に対する検出精度が高い。それぞれのセンサの性質は異なるため、併用することでそれぞれの情報の補完を行うこともできる。

移動装置１の移動を妨げる危険性を回避するように制御指令Ｍ６を駆動装置６２へ出力し、移動装置１の移動状態を変更する。ここで、移動機構は、例えば、車輪機構や歩行機構が挙げられるが、本実施の形態１においては、移動状態を変更可能な駆動機構であればよい。また、移動装置１の位置や速度は、例えば、車輪機構の場合、エンコーダ情報を利用したオドメトリ情報から算出することが考えられる。

（実施の形態２）
なお、本発明は、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の実施の形態２にかかる障害物の回避方法は、不侵入領域Ｇの設定方法を上記実施の形態１とは異ならせたものである。以下、本実施の形態２についての不侵入領域の設定方法について、図９に示す模式図を用いて説明する。

本実施の形態２にて設定される不侵入領域Ｇ’は、衝突防止領域Ｇ１と人の意識領域Ｇ３とを含んで構成される。衝突防止領域Ｇ１については、上記実施の形態１と同様な領域が採用され、人の意識領域Ｇ３については、上記実施の形態１と異なる考え方にて設定される。

具体的には、図９に示すように、人の意識領域Ｇ３は、人（障害物）３の重心を起点として、人の移動方向Ｑを基準として人の有効視野範囲（角）θ、移動方向Ｑに長さＬの領域として設定される。このように設定された人の意識領域Ｇ３における円弧部分の両端部から、人の周囲に設定された衝突防止領域Ｇ１の円周に対して配置される接線で囲まれた領域を、人の意識領域Ｇ３及び衝突防止領域Ｇ１と合わせることで、本実施の形態２の不侵入領域Ｇ’が設定される。この不侵入領域Ｇ’の設定には、上記実施の形態１の式（１）が用いられ、さらに有効視野範囲θは式（６）を用いて設定される。

ただし、Ｖｈ＞１０とする。
また、θ（ｄｅｇ）、｜Ｖｈ｜（ｍ／ｓ）のとき、α＝２０〜６０、β＝−０．１〜−０．０３５で設定される。
このように人の有効視野範囲θを用いて不侵入領域Ｇ’が設定されることで、移動装置１と障害物３と間の相対速度Ｖに応じて領域Ｇ’の長さＬが変化することに加えて、障害物３の絶対速度Ｖｈに応じて視野範囲θが変化するという特徴を有している。

本実施の形態２における障害物回避方法の判断基準、および移動装置１の情報処理のブロック構成については、上記実施の形態１と同じであるので、その説明を省略する。

以上のことから、上記それぞれの実施の形態によれば、移動している障害物を移動装置が回避するような場合において、移動装置と障害物との相対的な関係、及び障害物の絶対的な移動方向及び移動速度を考慮して、不侵入領域を設定し、設定された領域を回避するように回避制御を行うことで、移動装置が回避動作を繰り返して行うことを防止することができる。従って、より安全性を高めた障害物回避機能を備えた移動装置を実現することができる。さらに、このような障害物の回避方法においては、障害物の周囲に障害物の移動方向に沿って長い形状を有する不侵入領域を設定し、この不侵入領域を回避するように移動装置の移動制御が行われるため、例えば、障害物が人であるような場合に、人に対して不安感や圧迫感を与えない、あるいは不安感や圧迫感を大幅に低減することができる障害物の回避方法を実現できる。特に、このような移動方向前方側に細長い不侵入領域を、人の意識領域を含むように設定することで、不安感等が生じない障害物の回避方法を効果的に実現できる。不進入領域Ｇは、障害物３の速度が速くなるにつれて、より前方方向に長い形状を有する領域となる。例えば、障害物３が静止している時は衝突防止領域Ｇ１のみを設定し、障害物３が移動するにつれて意識領域Ｇ２を合わせて設定することで、より柔軟かつ安全な障害物の回避方法を実現することができる。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明の障害物回避方法によれば、障害物が特に人であるような場合に、人に対して不安感や圧迫感を与えない回避移動を実現することができる。従って、家庭、ホテル、ゴルフ場、空港などのホームユースの生活環境の中の自動カートや搬送ロボットなどに適応することができる。

実施の形態１の障害物回避方法の模式図実施の形態１の時間ｔ０の時の障害物と移動装置の位置関係を示す模式図実施の形態１の時間ｔ１の時の障害物と移動装置の位置関係を示す模式図実施の形態１の時間ｔ２の時の障害物と移動装置の位置関係を示す図実施の形態１の障害物回避方法の不侵入領域を示す模式図図３Ａの不侵入領域を説明するための模式図実施の形態１の移動装置の停止範囲を示す模式図図４Ａの停止範囲を説明するための模式図実施の形態１の不侵入領域の変更設定を示す模式図実施の形態１の障害物回避方法の判断基準（時間ｔ０）を示す模式図実施の形態１の障害物回避方法の判断基準（時間ｔ１）を示す模式図移動装置の情報処理のブロック構成図実施の形態１のアルゴリズムのフローチャート本発明の実施の形態２の障害物回避方法の不侵入領域を示す模式図従来の障害物回避の模式図従来の障害物回避における障害物の確率ポテンシャル場を示す模式図図１１Ａの確率ポテンシャル場を用いた障害物回避方法を示す模式図従来の障害物回避方法を示す模式図（斜視図）従来の障害物回避方法を示す模式図（平面図）

符号の説明

１移動装置
２距離センサ
３障害物
４センシング領域

Claims

移動装置に対する障害物の相対移動の情報を上記移動装置で取得し、
上記情報に基づいて上記障害物の移動経路と移動方向を算出し、
上記障害物の移動方向に直交する直交方向に比して上記移動方向の長さが長いとともに、上記移動方向の後方側の長さが上記移動方向の前方側の長さよりも短い形状を有する第１領域を上記障害物の周囲に設定し、
上記移動装置が、上記第１領域を回避する移動制御を行う際に、
上記障害物の相対移動の情報の取得は、上記移動装置に搭載されたセンサで、上記障害物との相対距離と相対速度と相対方向とを検知することにより行われ、
上記移動装置による上記第１領域の回避移動は、上記障害物の移動方向の前方側に設定された回避移動の経路と後方側に設定された回避移動の経路のそれぞれの経路長さを算出して、経路長さが短い方の経路を選択して行われ、
上記前方側経路と上記後方側経路の経路長さが同じ場合には、上記後方側経路を選択し、
上記障害物による映像情報の取得方向が上記移動装置に向いているか否かを判断し、上記移動装置に向いていると判断する場合に、上記第１領域の長手方向を上記移動装置の方向へと変更して、上記第１領域を再設定する、
移動装置の障害物回避方法。
上記障害物の速度に応じて、上記第１領域の上記移動方向と上記直交方向の長さの比を変更する、
請求項１に記載の移動装置の障害物回避方法。
上記障害物の速度が大きくなるにつれ、上記直交方向に対する上記移動方向の長さを大きくする、
請求項２に記載の移動装置の障害物回避方法。
移動装置に対する障害物の相対移動の情報を取得する相対移動情報取得装置と、
上記相対移動情報取得装置で取得された上記情報に基づき、上記障害物の移動経路と移動方向を算出して、上記障害物の移動方向に直交する直交方向に比して上記移動方向が長いとともに、上記移動方向の後方側の長さが上記移動方向の前方側の長さよりも短い形状を有する第１領域を設定する第１領域設定装置と、
上記第１領域設定装置により設定された上記第１領域を回避するように、上記移動装置の移動制御を行う移動制御装置と、を備え、
上記相対移動情報取得装置は、上記相対移動の情報として、上記障害物との相対距離と相対速度と相対方向とを検知するセンサを備え、
上記移動制御装置において、
上記移動装置による上記第１領域の回避移動は、上記障害物の移動方向の前方側に設定された回避移動の経路と後方側に設定された回避移動の経路のそれぞれの経路長さを算出して、経路長さが短い方の経路を選択して行われるとともに、上記前方側経路と上記後方側経路の経路長さが同じ場合には、上記後方側経路を選択し、
上記第１領域設定装置において、
上記障害物による映像情報の取得方向が上記移動装置に向いているか否かを判断し、上記移動装置に向いていると判断する場合に、上記第１領域の長手方向を上記移動装置の方向へと変更して、上記第１領域を再設定する、
障害物回避移動装置。
上記相対移動情報取得装置により取得される上記相対移動の情報には、上記障害物の速度の情報が含まれ、
上記第１領域設定装置は、上記障害物の速度の情報に応じて、上記第１領域の上記移動方向と上記直交方向の長さの比を変更して、上記第１領域を設定する、
請求項４に記載の障害物回避移動装置。
上記第１領域設定装置は、上記障害物の速度が大きくなるにつれ、上記直交方向に対する上記移動方向の長さが大きくなるように、上記第１領域を設定する、
請求項５に記載の障害物回避移動装置。