JP7784979B2 - Mobile control device - Google Patents
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Description
本開示は、移動体の制御装置に関するものである。 This disclosure relates to a control device for a moving object.
自律的に移動する移動体が目的地まで移動する場合、移動体は、予め保持した特定の空間を自身が通行可能かどうか判断するための環境地図と、移動しながら観測した周囲の障害物の位置と基づいて、障害物を回避しつつ現在地から目的地まで到達できる移動経路を生成し、その経路を追従して移動する。 When an autonomously moving vehicle travels to a destination, it generates a route that will allow it to reach its destination from its current location while avoiding obstacles, based on a pre-stored environmental map used to determine whether it can pass through a specific space, and the positions of surrounding obstacles observed while moving, and then follows that route.
経路の生成方法としては、目的地に向かって単調減少する引力関数と、環境地図の移動不可な領域もしくは障害物に向かって単調増加する斥力関数との和から評価関数(ポテンシャル関数)を計算し、その評価関数に基づき経路を生成する方法が普及している。例えば、評価関数を重みとしたダイクストラ法によって経路を生成する方法や、下記の非特許文献1で提案されるように評価関数を最小化する経路を再急降下法で計算することによって経路を生成する方法などがある。後者の方法は人工ポテンシャル法とも呼ばれる。また、斥力関数のみを評価関数とする方法も存在する。 A common method for generating routes is to calculate an evaluation function (potential function) from the sum of an attractive function that monotonically decreases toward the destination and a repulsive function that monotonically increases toward an unmovable area or obstacle on the environmental map, and then generate a route based on that evaluation function. For example, there is a method for generating a route using Dijkstra's algorithm with the evaluation function as a weight, or a method for generating a route by calculating a route that minimizes the evaluation function using the steepest descent method, as proposed in Non-Patent Document 1 below. The latter method is also known as the artificial potential method. There is also a method that uses only a repulsive function as the evaluation function.
人工ポテンシャル法においては、目的地に到達しない、ローカルミニマムと呼ばれる局所解が存在する場合がある。ローカルミニマムは、障害物同士の距離が近いために複数の斥力関数が重なる場合や、迂回が必要な環境(例えば迷路など)など、単調な引力関数で解くことが困難な場合に生じる。ローカルミニマムの発生を抑制する技術としては、例えば、極小点のないポテンシャル関数を評価関数に用いる方法がある。例えば、非特許文献2は、解が極小値を持たないことが証明されているラプラス方程式を用いる方法が提案されており、例えば下記特許文献1ではその方法によって経路を生成する技術が開示されている。 In artificial potential methods, there may be local solutions called local minima that do not reach the destination. Local minima occur when multiple repulsive functions overlap due to the close proximity of obstacles, or when it is difficult to solve using a monotonic attractive function, such as in an environment where a detour is required (such as a maze). One technique for suppressing the occurrence of local minima is to use a potential function with no local minima as the evaluation function. For example, Non-Patent Document 2 proposes a method that uses the Laplace equation, the solution of which has been proven to have no local minima, and Patent Document 1 below, for example, discloses a technique for generating a route using this method.
また、下記の特許文献2には、狭小空間の斥力関数の勾配を大きくすることで、複数の斥力関数が重なることを抑制する技術が開示されている。 Furthermore, Patent Document 2 below discloses a technology that prevents multiple repulsive force functions from overlapping by increasing the gradient of the repulsive force function in a narrow space.
特許文献1の技術は、ラプラス方程式を用いたポテンシャル関数を評価関数とし、数値解の変化量が一定以下であることを終了条件として反復計算をすることで、移動体の誘導方向を定めるポテンシャル場を生成するものであるため、ポテンシャル場の生成に時間がかかる。よって、移動体の移動中における周辺の状況変化への対応が間に合わず、移動体が障害物へ衝突する恐れがあるため、この技術は動的な環境で使用することが困難であった。非特許文献2では、ラプラス方程式の解法にガウス・ザイデル法を用い、終了条件を満たさずとも極小値が生じない性質を利用し、反復回数を制限することで即応性を高めているが、移動空間の範囲が増大すると指数関数的に計算コストが増加することが分かっている。 The technology in Patent Document 1 uses a potential function based on the Laplace equation as an evaluation function, and generates a potential field that determines the guidance direction of a moving object by performing iterative calculations with the termination condition being that the change in the numerical solution is below a certain level. Because this takes time to generate the potential field, the technology is unable to respond in time to changes in the surrounding environment while the moving object is moving, which could result in the moving object colliding with an obstacle, making it difficult to use in dynamic environments. Non-Patent Document 2 uses the Gauss-Seidel method to solve the Laplace equation, taking advantage of the property that no local minima occur even if the termination condition is not met, and improves responsiveness by limiting the number of iterations. However, it is known that the computational cost increases exponentially as the range of the moving space increases.
本開示は以上のような課題を解決するためになされたものであり、移動体がローカルミニマムに陥ることを防止でき、且つ、周辺の状況変化への即応性の高い移動体制御装置を提供することを目的とする。 This disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a mobile body control device that can prevent a mobile body from falling into a local minimum and is highly responsive to changes in the surrounding environment.
本開示に係る移動体制御装置は、移動体が移動する空間を離散化して得られる複数のノード上に前記移動体の誘導方向を定めたポテンシャル場を生成する移動体制御装置であって、前記ポテンシャル場の情報伝達速度を前記ノードごとに決定する情報伝達速度決定部と、前記移動体の周囲の観測情報に基づき、前記情報伝達速度に従って前記ポテンシャル場を更新するポテンシャル場更新部と、前記ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、前記移動体への指令値を計算する指令値計算部と、を備え、前記ポテンシャル場の前記情報伝達速度は、前記ポテンシャル場更新部において前記観測情報を前記ポテンシャル場に伝達し、前記ポテンシャル場を更新する速度であり、前記情報伝達速度決定部は、各前記ノードの前記情報伝達速度を、前記移動体の位置に応じて決定する。 A mobile body control device according to the present disclosure is a mobile body control device that generates a potential field that determines a guidance direction for the mobile body on a plurality of nodes obtained by discretizing the space in which the mobile body moves, and includes an information transmission rate determination unit that determines an information transmission rate of the potential field for each node, a potential field update unit that updates the potential field in accordance with the information transmission rate based on observation information about the surroundings of the mobile body, and a command value calculation unit that calculates a command value for the mobile body based on a gradient vector of the potential field, wherein the information transmission rate of the potential field is the rate at which the observation information is transmitted to the potential field and the potential field is updated in the potential field update unit, and the information transmission rate determination unit determines the information transmission rate of each node in accordance with the position of the mobile body.
本開示に係る移動体制御装置によれば、移動体がローカルミニマムに陥ることを防止できるとともに、周辺の状況変化への即応性の高い移動体の制御を行うことができるため、移動体をより確実に目的地まで誘導することが可能になる。 The mobile object control device according to the present disclosure can prevent a mobile object from falling into a local minimum and can control the mobile object to be highly responsive to changes in the surrounding environment, thereby making it possible to more reliably guide the mobile object to its destination.
以下、添付図面を参照して、本開示に係る移動体制御装置の実施の形態を説明する。 An embodiment of a mobile object control device according to the present disclosure will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、実施の形態に係る移動体制御装置S5(以下、単に「制御装置S5」という)の構成の一例を示すブロック図である。図1のように、制御装置S5は、初期ポテンシャル場生成部C1、ポテンシャル場記憶部C2、ポテンシャル場更新部C4および情報伝達速度決定部C5を備えている。 Figure 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a mobile object control device S5 (hereinafter simply referred to as "control device S5") according to an embodiment. As shown in Figure 1, the control device S5 includes an initial potential field generation unit C1, a potential field storage unit C2, a potential field update unit C4, and an information transmission rate determination unit C5.
初期ポテンシャル場生成部C1は、環境地図から、移動体の誘導方向を定めた初期のポテンシャル場を生成する。ポテンシャル場記憶部C2は、初期ポテンシャル場生成部C1が生成したポテンシャル場を記憶する。指令値計算部C3は、ポテンシャル場記憶部C2に記憶されたポテンシャル場から移動体の指令値を計算する。ポテンシャル場更新部C4は、ポテンシャル場記憶部C2に記憶されたポテンシャル場を更新する。情報伝達速度決定部C5は、各ノードのポテンシャル場の情報伝達速度を動的に決定する。すなわち、情報伝達速度決定部C5は、ポテンシャル場の情報伝達速度をノードごとに決定する。 The initial potential field generation unit C1 generates an initial potential field that determines the guidance direction of the moving body from an environmental map. The potential field memory unit C2 stores the potential field generated by the initial potential field generation unit C1. The command value calculation unit C3 calculates a command value for the moving body from the potential field stored in the potential field memory unit C2. The potential field update unit C4 updates the potential field stored in the potential field memory unit C2. The information transmission rate determination unit C5 dynamically determines the information transmission rate of the potential field for each node. In other words, the information transmission rate determination unit C5 determines the information transmission rate of the potential field for each node.
ここで、情報伝達速度とは、ポテンシャル場更新部C4において環境情報をポテンシャル場に伝達し、環境情報に基づいてポテンシャル場を更新する速度である。また、環境情報とは、例えば障害物の位置など、移動体の周囲の情報であり、後述する観測装置S2によって取得される。ポテンシャル場記憶部C2に記憶されるポテンシャル場は、任意の座標に任意の次元で定義することができ、複数枚あるいは多層のポテンシャル場であってもよい。 Here, the information transmission speed refers to the speed at which environmental information is transmitted to the potential field in the potential field update unit C4 and the potential field is updated based on the environmental information. Furthermore, environmental information is information about the surroundings of the moving object, such as the location of obstacles, and is acquired by the observation device S2, which will be described later. The potential field stored in the potential field memory unit C2 can be defined in any coordinate system and any dimension, and may be a multi-layer or multi-story potential field.
この例では、ポテンシャル場記憶部C2は制御装置S5内に組み込まれているが、制御装置S5の外に備えられてもよい。初期ポテンシャル場生成部C1およびポテンシャル場更新部C4がポテンシャル場を生成または更新する際に用いるポテンシャル関数に、ラプラス方程式やアイコナール方程式など、解が極小値を取らない微分方程式を用いることで、移動体をローカルミニマムに陥らせることなく目的地まで誘導することができる。 In this example, the potential field memory unit C2 is incorporated into the control device S5, but it may also be provided outside the control device S5. By using differential equations whose solutions do not take local minima, such as the Laplace equation or the eikonal equation, as the potential functions used by the initial potential field generation unit C1 and the potential field update unit C4 when generating or updating the potential field, it is possible to guide the mobile object to its destination without it falling into a local minimum.
図2は、制御装置S5を動作させる環境の一例を示す模式図である。図2に示す環境は、制御装置S5が制御する移動体E1と、移動体が向かう目的地E2と、移動体E1が動作する移動空間E3とを含み、移動空間E3に固定された世界座標E4と、移動体E1に固定された移動体座標E5とを持つ。制御装置S5は、移動体E1を目的地E2へ誘導することを目的として動作する。 Figure 2 is a schematic diagram showing an example of an environment in which the control device S5 operates. The environment shown in Figure 2 includes a moving object E1 controlled by the control device S5, a destination E2 to which the moving object is heading, and a movement space E3 in which the moving object E1 operates, and has world coordinates E4 fixed to the movement space E3 and moving object coordinates E5 fixed to the moving object E1. The control device S5 operates with the purpose of guiding the moving object E1 to the destination E2.
なお、目的地E2は複数点や領域として与えてもよく、時間に応じて位置や形状が変化してもよい。例えば、移動体E1が掃除ロボットであり、タスクとして移動空間E3の塗り潰しを行う場合、未踏破領域を目的地E2の領域として与え、踏破した領域を目的地E2の領域から除外していくことで当該タスクを行うことができる。他にも、目的地E2をある周期毎に点として与えることにより目的地E2を経路の形状にすることで、移動体E1に経路追従を行わせることもできる。 Note that destination E2 may be given as multiple points or an area, and its position and shape may change over time. For example, if mobile object E1 is a cleaning robot and its task is to fill in the movement space E3, the task can be performed by giving the unexplored area as the destination E2 area and excluding the traversed area from the destination E2 area. Alternatively, destination E2 can be given as a point at certain intervals, making destination E2 the shape of a route, allowing mobile object E1 to follow the route.
移動体E1は複数台、複数種類でもよい、移動体E1の種類は差動二輪機構、脚機構、プロペラ機構など、移動体E1を動かすことのできる駆動装置が備わっていればどのようなものでもよい。移動空間E3は任意の次元で定義することができ、例えば移動体E1の駆動装置が差動二輪機構である場合、移動体の位置を表すx軸およびy軸と姿勢を表すθ軸とで定義される3次元空間でもよい。 There may be multiple mobile units E1 and multiple types of mobile units E1. The type of mobile unit E1 may be any type that is equipped with a drive mechanism capable of moving the mobile unit E1, such as a differential two-wheel mechanism, leg mechanism, or propeller mechanism. The moving space E3 may be defined in any dimension; for example, if the drive mechanism of the mobile unit E1 is a differential two-wheel mechanism, it may be a three-dimensional space defined by the x-axis and y-axis representing the position of the mobile unit and the θ-axis representing the posture.
図3は、制御装置S5を搭載する移動体E1のシステム構成の一例を示すブロック図である。図3に示すように、移動体E1は、環境地図配信装置S1、観測装置S2、目的地配信装置S3、移動体位置配信装置S4、制御装置S5および駆動装置S6を備える。 Figure 3 is a block diagram showing an example of the system configuration of a mobile unit E1 equipped with a control device S5. As shown in Figure 3, the mobile unit E1 includes an environmental map distribution device S1, an observation device S2, a destination distribution device S3, a mobile unit position distribution device S4, a control device S5, and a drive device S6.
環境地図配信装置S1は、環境地図を発行する。観測装置S2は、移動体E1の周辺の状況を観測し、その観測結果である観測情報を発行する。目的地配信装置S3は、移動体E1の目的地E2を発行する。移動体位置配信装置S4は、移動体E1の位置を発行する。制御装置S5は、環境地図配信装置S1、観測装置S2、目的地配信装置S3および移動体位置配信装置S4から発行された情報を用いて移動体E1の指令値を計算する。駆動装置S6は、制御装置S5が計算した指令値に従って移動体E1を制御することで、移動体E1を動かして目的地E2まで誘導する。 The environmental map distribution device S1 issues an environmental map. The observation device S2 observes the conditions around the mobile unit E1 and issues observation information that is the result of the observation. The destination distribution device S3 issues the destination E2 of the mobile unit E1. The mobile unit position distribution device S4 issues the position of the mobile unit E1. The control device S5 calculates command values for the mobile unit E1 using information issued by the environmental map distribution device S1, the observation device S2, the destination distribution device S3, and the mobile unit position distribution device S4. The drive device S6 controls the mobile unit E1 according to the command values calculated by the control device S5, thereby moving and guiding the mobile unit E1 to the destination E2.
環境地図配信装置S1の発行する環境地図は、事前にSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)により作成されてもよいが、観測装置S2の情報を用いてオンラインに作成してもよい。観測装置S2は、必ずしもRGB-DカメラやLIDARなどの距離を取得できる装置である必要はなく、RGBカメラや赤外線サーモグラフィカメラなどで構成されてもよい。また、環境地図配信装置S1、観測装置S2、目的地配信装置S3および移動体位置配信装置S4のそれぞれの台数は任意の数でよく、また、それらは移動体E1に配置されなくてもよく、例えば、移動空間E3もしくはその外部などに配置されてもよい。 The environmental map issued by the environmental map distribution device S1 may be created in advance using SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), or it may be created online using information from the observation device S2. The observation device S2 does not necessarily have to be a device capable of acquiring distance, such as an RGB-D camera or LIDAR, but may also be composed of an RGB camera or an infrared thermography camera. Furthermore, the number of each of the environmental map distribution devices S1, observation devices S2, destination distribution devices S3, and mobile object position distribution devices S4 may be any number, and they do not have to be located on the mobile object E1; for example, they may be located in the mobile space E3 or outside it.
本実施の形態の具体的な処理の流れを、世界座標E4に固定された2次元の長方形グリッドに保持したポテンシャル場をアイコナール方程式に基づき更新し、差動二輪の移動体E1を目的地E2まで誘導するシナリオを例に説明する。 The specific processing flow of this embodiment will be explained using as an example a scenario in which a potential field held in a two-dimensional rectangular grid fixed to world coordinates E4 is updated based on the eikonal equation, and a differential two-wheel mobile object E1 is guided to a destination E2.
まず、環境地図配信装置S1から、移動体E1が移動可能な移動空間E3の静的情報が記述された2次元の占有格子地図が環境地図として発行され、目的地配信装置S3から、移動体E1の目的地E2の位置が発行される。 First, the environmental map distribution device S1 issues a two-dimensional occupancy grid map as an environmental map, which describes static information about the movement space E3 in which the moving body E1 can move, and the destination distribution device S3 issues the location of the moving body E1's destination E2.
それらの情報が制御装置S5に入力されると、初期ポテンシャル場生成部C1が、占有格子地図と目的地E2の位置とに基づき、障害物を回避しながら目的地E2へ向かって単調減少するポテンシャル場を生成し、ポテンシャル場記憶部C2が、それを初期のポテンシャル場として記憶する。占有格子地図の情報が障害物であるかどうかは、例えば各ノードの占有度が予め定められた閾値以上であれば障害物とみなす、という方法で判断することができる。 When this information is input into the control device S5, the initial potential field generation unit C1 generates a potential field that monotonically decreases toward destination E2 while avoiding obstacles, based on the occupancy grid map and the position of destination E2, and the potential field storage unit C2 stores this as the initial potential field. Whether the information in the occupancy grid map indicates an obstacle can be determined, for example, by treating each node as an obstacle if its occupancy level is above a predetermined threshold.
次に、指令値計算部C3が、ポテンシャル場記憶部C2に記憶されたポテンシャル場の情報から、移動体E1の目標速度、具体的には並進速度および旋回速度それぞれの目標値を計算する。そして、駆動装置S6が、速度追従制御により、その目標速度を追従するよう移動体E1を動かす。速度追従制御には、例えばPID(Proportional-Integral-Differential)制御などを用いることができる。 Next, the command value calculation unit C3 calculates the target speed of the moving body E1, specifically the target values for the translational speed and rotational speed, from the potential field information stored in the potential field memory unit C2. The driving device S6 then uses speed tracking control to move the moving body E1 so that it tracks the target speed. Speed tracking control can use, for example, PID (Proportional-Integral-Differential) control.
次に、情報伝達速度決定部C5が、観測装置S2および移動体位置配信装置S4により発行された情報に基づき、各ノードの情報伝達速度を決定する。また、ポテンシャル場更新部C4が、その情報伝達速度に従い各ノードの更新周期や離散化幅を動的に調整しながら、観測装置S2により発行された観測情報に基づいて、ポテンシャル場記憶部C2に記憶されたポテンシャル場を更新する。 Next, the information transmission rate determination unit C5 determines the information transmission rate for each node based on the information issued by the observation device S2 and the mobile unit position distribution device S4. The potential field update unit C4 dynamically adjusts the update period and discretization width for each node according to the information transmission rate, and updates the potential field stored in the potential field memory unit C2 based on the observation information issued by the observation device S2.
本実施の形態に係る制御装置S5は、移動体E1の制御ループ中におけるポテンシャル場の情報伝達速度をノードごとに動的に制限することができる。それにより、移動体E1の制御にかかる計算負荷を抑え、より重要な領域の計算に重きを置くことができる。その結果、制御周期を一定以下に維持して、リアルタイム性を保証することができ、周辺情報の動的変化にも即座に反応することができる。 The control device S5 according to this embodiment can dynamically limit the information transmission speed of the potential field in the control loop of the moving body E1 for each node. This reduces the computational load on the control of the moving body E1, allowing emphasis to be placed on calculations in more important areas. As a result, the control cycle can be maintained at a constant level or below, ensuring real-time performance and enabling immediate response to dynamic changes in surrounding information.
なお、指令値計算部C3の処理とポテンシャル場更新部C4の処理とは非同期に実行され、指令値計算部C3の実行周期は、例えば100msなど、移動体E1の移動速度に対して十分に短く設定する。また、初期ポテンシャル場生成部C1やポテンシャル場更新部C4の処理にはFast Marching Methodを用いることでアイコナール方程式を効率的に解くことができる。ここではポテンシャル場を世界座標E4に固定しているが、移動体座標E5や移動体E1のオドメトリの基準となる座標系など、他の座標系に固定することもできる。 The processing of the command value calculation unit C3 and the processing of the potential field update unit C4 are executed asynchronously, and the execution cycle of the command value calculation unit C3 is set to be sufficiently short relative to the movement speed of the moving body E1, for example, 100 ms. Furthermore, the eikonal equation can be solved efficiently by using the fast marching method for the processing of the initial potential field generation unit C1 and the potential field update unit C4. Here, the potential field is fixed to world coordinates E4, but it can also be fixed to another coordinate system, such as moving body coordinates E5 or the coordinate system that serves as the basis for the odometry of the moving body E1.
補足として、アイコナール方程式をFast Marching Methodで解く際の概要を説明する。下の数式(1)は、2次元のアイコナール方程式である。 As a supplement, we will provide an overview of how to solve the eikonal equation using the Fast Marching Method. Equation (1) below is a two-dimensional eikonal equation.
数式(1)において、Uはアイコナール、nは屈折率である。数式(1)を格子幅hで離散化した方程式を下の数式(2)に示す。 In equation (1), U is the eikonal and n is the refractive index. The equation obtained by discretizing equation (1) with the grating width h is shown below in equation (2).
数式(2)において、Ui,j(i=0,1,2,…)(j=0,1,2,…)は、i,j番目のノードのポテンシャル値、UHはUi-1,jもしくはUi+1,j、UVはUi,j-1もしくはUi,j+1である。 In formula (2), U i,j (i=0, 1, 2, ...) (j=0, 1, 2, ...) is the potential value of the i-th and j-th nodes, U H is U i-1,j or U i+1,j , and U V is U i,j-1 or U i,j+1 .
Fast Marching Methodでは、ダイクストラ法を応用して上記数式(2)の方程式を効率的に解くことができる。具体的には、目的地E2をU=0に拘束し、UH=min(Ui-1,j,Ui+1,j)、UV=min(Ui,j-1,Ui,j+1)として、下の数式(3)により各ノードのポテンシャル値を更新する。なお、min(a,b)はaとbの小さい方の値を返す関数である。 The Fast Marching Method applies Dijkstra's algorithm to efficiently solve the equation (2) above. Specifically, destination E2 is constrained to U=0, and the potential value of each node is updated using the following equation (3) with U H = min(U i-1,j , U i+1,j ) and U V = min(U i,j-1 , U i,j+1 ). Note that min(a,b) is a function that returns the smaller of a and b.
Fast Marching Methodでは、各ノードのポテンシャル値をソートアルゴリズムで昇順に更新していくことで効率的に情報伝達できることが知られている。ただし、各ノードのポテンシャル値のソートを行うためには、全ノードを同期して更新する必要がある。よって、本実施の形態でこの手法を使用できるのは、初期ポテンシャル場生成部C1の処理や、更新周期が同じ領域内におけるポテンシャル場更新部C4の処理に限定される。 The Fast Marching Method is known to enable efficient information transmission by updating the potential values of each node in ascending order using a sorting algorithm. However, in order to sort the potential values of each node, all nodes must be updated synchronously. Therefore, in this embodiment, this method can only be used in the processing of the initial potential field generation unit C1 and the processing of the potential field update unit C4 within areas with the same update period.
<実施例1>
実施例1では、実施の形態に係る制御装置S5が備えるポテンシャル場記憶部C2の具体例を示す。図4は、実施例1に係るポテンシャル場記憶部C2の構成の一例を示す模式図である。図4に示すポテンシャル場記憶部C2は、移動空間E3を離散化したノードN1上にポテンシャル場を記憶し、情報伝達速度決定部C5に従い、各ノードのポテンシャル値を、例えば高速情報伝達N2、中速情報伝達N3、低速情報伝達N4に分けて非同期に更新できる機能を持つ。
Example 1
Example 1 shows a specific example of the potential field storage unit C2 included in the control device S5 according to the embodiment. Fig. 4 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the potential field storage unit C2 according to Example 1. The potential field storage unit C2 shown in Fig. 4 has a function of storing a potential field on nodes N1 obtained by discretizing the movement space E3, and asynchronously updating the potential value of each node by dividing it into, for example, high-speed information transmission N2, medium-speed information transmission N3, and low-speed information transmission N4 according to the information transmission speed determination unit C5.
なお、離散化には、長方形グリッドや六角グリッドやボロノイ図による分割を用いることができる。ただし、必ずしも移動空間を離散化する必要はなく、NURBS曲面やニューラルネットワークなどの連続関数を用いてポテンシャル場を保持してもよい。また、本実施例のポテンシャル場記憶部C2は、任意座標のポテンシャル値を、その周囲のノードのポテンシャル値から補間することで計算する機能を備える。 Note that discretization can be performed using division using a rectangular grid, hexagonal grid, or Voronoi diagram. However, it is not necessary to discretize the movement space; the potential field can also be maintained using continuous functions such as NURBS surfaces or neural networks. The potential field storage unit C2 in this embodiment also has the function of calculating the potential value of any coordinate by interpolating from the potential values of surrounding nodes.
<実施例2>
実施例2では、実施の形態に係る制御装置S5が備えるポテンシャル場更新部C4の具体例を示す。図5は、実施例2に係るポテンシャル場更新部C4の構成の一例を示すブロック図である。図5に示すポテンシャル場更新部C4は、移動コスト計算部U1、更新周期計算部U2、更新離散化幅計算部U3およびポテンシャル値更新部U4を備えている。
Example 2
Example 2 shows a specific example of a potential field update unit C4 provided in a control device S5 according to an embodiment. Fig. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the potential field update unit C4 according to Example 2. The potential field update unit C4 shown in Fig. 5 includes a movement cost calculation unit U1, an update period calculation unit U2, an update discretization width calculation unit U3, and a potential value update unit U4.
移動コスト計算部U1は、環境地図配信装置S1および観測装置S2から発行された情報から、各ノードの通り難さを表す移動コストを計算する。更新周期計算部U2は、情報伝達速度決定部C5により設定された情報伝達速度からポテンシャルの更新周期を計算する。更新離散化幅計算部U3は、情報伝達速度から更新離散化幅を計算する。ポテンシャル値更新部U4は、移動コスト計算部U1が計算した各ノードの移動コストと、更新周期計算部U2が計算した更新周期と、更新周期計算部U2が計算した更新離散化幅とから、各ノードのポテンシャル値を計算して発行する。 The movement cost calculation unit U1 calculates the movement cost, which indicates the difficulty of passing through each node, from information issued by the environmental map distribution device S1 and the observation device S2. The update period calculation unit U2 calculates the potential update period from the information transmission rate set by the information transmission rate determination unit C5. The update discretization width calculation unit U3 calculates the update discretization width from the information transmission rate. The potential value update unit U4 calculates and issues the potential value of each node from the movement cost of each node calculated by the movement cost calculation unit U1, the update period calculated by the update period calculation unit U2, and the update discretization width calculated by the update period calculation unit U2.
各ノードの情報伝達速度は更新周期と更新離散化幅により決まり、下の数式(4)の関係式が成り立つ。 The information transmission speed of each node is determined by the update period and update discretization width, and the relationship shown in equation (4) below holds true.
数式(4)において、vIは情報伝達速度、ΔTUは更新周期、ΔeUは更新離散化幅である。更新周期計算部U2および更新離散化幅計算部U3は、数式(4)の関係式に基づいて、更新周期および更新離散化幅をそれぞれ決定する。数式(4)の関係式には冗長性があるため、例えば、解像度を粗くすることのできない領域では、更新離散化幅を固定して更新周期を決定することができる。また、冗長性を無くすために、ポテンシャル場更新部C4は、更新周期計算部U2と更新離散化幅計算部U3のどちらか片方のみを備える構成でもよい。 In equation (4), v I is the information transmission rate, ΔT U is the update period, and Δe U is the update discretization width. The update period calculation unit U2 and the update discretization width calculation unit U3 determine the update period and the update discretization width, respectively, based on the relational expression in equation (4). Since the relational expression in equation (4) is redundant, for example, in areas where the resolution cannot be made coarse, the update period can be determined by fixing the update discretization width. Furthermore, to eliminate redundancy, the potential field update unit C4 may be configured to include only either the update period calculation unit U2 or the update discretization width calculation unit U3.
図6は、移動コスト計算部U1によって計算される移動コストの一例を示す模式図である。図6の例では、障害物からの距離が0から移動体E1の半径までの範囲に最大移動コストを与え、それよりも遠い範囲では障害物からの距離に従って指数関数的に減衰する関数で移動コストを計算している。障害物からの距離が0から移動体E1の半径までの範囲に最大移動コストを与えることで、移動体E1を質点として扱うことができ、計算コストを低減できる。 Figure 6 is a schematic diagram showing an example of a movement cost calculated by the movement cost calculation unit U1. In the example of Figure 6, the maximum movement cost is assigned to the range from 0 distance from the obstacle to the radius of the mobile unit E1, and for ranges farther away, the movement cost is calculated using a function that exponentially decays according to the distance from the obstacle. By assigning the maximum movement cost to the range from 0 distance from the obstacle to the radius of the mobile unit E1, the mobile unit E1 can be treated as a mass point, thereby reducing calculation costs.
移動コスト計算部U1により計算された移動コストは、ポテンシャル値更新部U4で使用される微分方程式に、拘束条件もしくは重み係数として適用される。例えば、微分方程式が2次元のアイコナール方程式である数式(1)であれば、計算された移動コストを屈折率nに用いることによって、ポテンシャル場に反映することができる。 The movement cost calculated by the movement cost calculation unit U1 is applied as a constraint or weighting factor to the differential equation used in the potential value update unit U4. For example, if the differential equation is the two-dimensional eikonal equation, formula (1), the calculated movement cost can be used as the refractive index n to reflect this in the potential field.
図7は、ポテンシャル値更新部U4における各ノードN1のポテンシャル値の更新方法の一例を示す模式図である。図7に示すように、ポテンシャル値更新部U4は、各ノードN1からx軸,y軸に対して(±Δx,0),(0,±Δy)の位置にあるポテンシャル場記憶部C2のポテンシャル補間値を用いて、各ノードN1のポテンシャル値を更新する。 Figure 7 is a schematic diagram showing an example of how the potential value update unit U4 updates the potential value of each node N1. As shown in Figure 7, the potential value update unit U4 updates the potential value of each node N1 using the potential interpolation values of the potential field memory unit C2 located at positions (±Δx, 0) and (0, ±Δy) relative to each node N1 on the x-axis and y-axis.
図8は、ポテンシャル値更新部U4における各ノードのポテンシャル値の更新を行う順番の一例を示す模式図である。更新周期が同一である特定の領域内では、各更新ループにおいて探索アルゴリズムでポテンシャル場を更新するノードの順番を決めることで、効率的に環境情報を伝達することができる。例えば図8に示すような移動体E1を中心とした領域内であれば、周囲の環境情報を移動体E1まで効率的に伝達することができる。 Figure 8 is a schematic diagram showing an example of the order in which the potential values of each node are updated by the potential value update unit U4. Within a specific region with the same update period, environmental information can be transmitted efficiently by determining the order in which the nodes update their potential fields using a search algorithm in each update loop. For example, within a region centered on moving body E1 as shown in Figure 8, surrounding environmental information can be transmitted efficiently to moving body E1.
探索アルゴリズムには、上で説明したFast Marching Methodのようにダイクストラ法を応用してもよいが、計算コストの低い幅優先探索などを用いることで計算量を増加させることなく伝達効率を上げることができる。例えば、目的地E2までの道が塞がれて大回りする必要が生じ、ポテンシャル場を大きく変更する必要がある場合は前者のダイクストラ法を用い、ポテンシャルの変化が少ない場合は後者の幅優先探索を用いることで、効率的に情報伝達することができる。 The search algorithm can be Dijkstra's algorithm, as in the Fast Marching Method described above, but by using a breadth-first search, which has lower computational costs, transmission efficiency can be improved without increasing the amount of calculation. For example, if the road to destination E2 is blocked and a long detour is required, requiring a major change to the potential field, the former Dijkstra's algorithm can be used, and if the change in potential is small, the latter breadth-first search can be used, allowing for efficient information transmission.
探索アルゴリズムでノードの更新順を決めた場合、特定の領域内では、中心方向への情報伝達速度が、情報伝達速度決定部C5で設定された値以上の速度となる。具体的には、探索アルゴリズムを使用した場合、図8の矢印方向への情報伝達速度は、元々の伝達速度に加えて探索アルゴリズムにより伝達される速度が加算されるため、情報伝達速度決定部C5で設定された値以上の速度となる。一方、図8の矢印方向に対し垂直な方向への情報伝達速度は、情報伝達速度決定部C5で設定された速度となる。 When the node update order is determined using a search algorithm, the information transmission speed toward the center within a specific area will be equal to or greater than the value set by the information transmission speed determination unit C5. Specifically, when a search algorithm is used, the information transmission speed in the direction of the arrow in Figure 8 will be equal to or greater than the value set by the information transmission speed determination unit C5, as the speed transmitted by the search algorithm is added to the original transmission speed. On the other hand, the information transmission speed in the direction perpendicular to the arrow direction in Figure 8 will be the speed set by the information transmission speed determination unit C5.
よって、図8に示したような特定の領域の境界に位置するノードを初期ノードとした探索アルゴリズムを用いて、各ノードのポテンシャル場を更新する順番を決めるとよい。その場合、移動体E1を中心とした領域の境界からの段階的な情報伝達によって、周辺情報がより早く移動体E1へ伝達されるため、周辺環境への即応性を高めることができる。 Therefore, it is advisable to determine the order in which the potential field of each node is updated using a search algorithm that uses nodes located on the boundary of a specific area as the initial node, as shown in Figure 8. In this case, gradual information transmission from the boundary of the area centered on mobile unit E1 allows surrounding information to be transmitted to mobile unit E1 more quickly, thereby improving responsiveness to the surrounding environment.
ただし、各ノードの更新にGPU(Graphics Processing Unit)などの並列演算器が使用できる場合、更新周期が同一な領域内では探索アルゴリズムを使用せず、ノードごとに並列計算する方が好ましい場合もある。 However, if a parallel computing device such as a GPU (Graphics Processing Unit) can be used to update each node, it may be preferable to perform parallel calculations for each node rather than using a search algorithm within areas with the same update period.
<実施例2の変形例>
図9は、実施例2の変形例に係るポテンシャル場更新部C4の構成の一例を示すブロック図である。図9のポテンシャル場更新部C4の構成は、図5の構成に対し、推定移動コスト計算部U5を追加したものである。
<Modification of Example 2>
Fig. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of a potential field update unit C4 according to a modified example of Example 2. The configuration of the potential field update unit C4 in Fig. 9 is obtained by adding an estimated movement cost calculation unit U5 to the configuration in Fig. 5 .
推定移動コスト計算部U5は、目的地E2までの移動コストの推定値である推定移動コストを計算する。ポテンシャル値更新部U4は、移動コスト計算部U1が計算した各ノードの移動コストと、更新周期計算部U2が計算した更新周期と、更新周期計算部U2が計算した更新離散化幅と、推定移動コスト計算部U5が計算した推定移動コストとから、各ノードのポテンシャル値を計算して発行する。ポテンシャル値更新部U4は、目的地E2までの推定移動コストを利用することで、目的地E2の情報の伝達を待つことなく高速に目的地E2への勾配を持つポテンシャル場を形成することができる。 The estimated movement cost calculation unit U5 calculates an estimated movement cost, which is an estimate of the cost of movement to destination E2. The potential value update unit U4 calculates and issues a potential value for each node based on the movement cost of each node calculated by the movement cost calculation unit U1, the update period calculated by the update period calculation unit U2, the update discretization width calculated by the update period calculation unit U2, and the estimated movement cost calculated by the estimated movement cost calculation unit U5. By using the estimated movement cost to destination E2, the potential value update unit U4 can quickly form a potential field with a gradient toward destination E2 without waiting for information about destination E2 to be transmitted.
本変形例は、初期ポテンシャル場生成部C1による初期ポテンシャルの生成を行わずに目的地E2の情報を再度伝達したい場合に特に効果があり、例えば目的地E2までの移動経路が障害物により塞がれた後、再び通れるようになった場合に効果がある。移動コスト計算部U1により生成される斥力としてのポテンシャル場に対し、推定移動コスト計算部U5により生成される引力としてのポテンシャル場が加わるため、移動体E1をよりスムーズに目的地E2へ到達させることができる。 This modified example is particularly effective when it is desired to retransmit information about destination E2 without generating an initial potential using the initial potential field generation unit C1, for example when the movement path to destination E2 becomes passable again after being blocked by an obstacle. The potential field acting as an attractive force generated by the estimated movement cost calculation unit U5 is added to the potential field acting as a repulsive force generated by the movement cost calculation unit U1, allowing the moving body E1 to reach destination E2 more smoothly.
図10は、ポテンシャル場の更新における推定移動コストの計算方法の例を示す模式図であり、推定移動コストが、目的地E2からの直線距離(ユークリッド距離)に対応した値として計算される例を示している。例えば、ポテンシャル値更新部U4が、移動コスト計算部U1で計算した移動コストに、推定移動コスト計算部U5で計算した推定移動コストに微小係数を乗じて加えたものを、新しい移動コストとして使用することで、ポテンシャル場の更新を簡単に行うことができる。 Figure 10 is a schematic diagram showing an example of a method for calculating estimated movement costs when updating a potential field, and shows an example in which the estimated movement cost is calculated as a value corresponding to the straight-line distance (Euclidean distance) from destination E2. For example, the potential value update unit U4 can easily update the potential field by adding the movement cost calculated by movement cost calculation unit U1 and the estimated movement cost calculated by estimated movement cost calculation unit U5 multiplied by a small coefficient as the new movement cost.
本変形例では、空間内部に重みを与えることのできる微分方程式に基づき、観測情報から計算した障害物からの斥力関数と目的地E2への引力関数との和を重みとして与えることで、ポテンシャル更新による目的地E2の情報の伝達を待つことなく、目的地E2への勾配を持つポテンシャル場を近似的に定めることができるため、周辺情報への即応性を高めることができる。 In this modified example, based on a differential equation that can assign weights to the interior of space, the sum of the repulsive force function from obstacles calculated from observation information and the attractive force function toward destination E2 is assigned as a weight. This makes it possible to approximately determine a potential field with a gradient toward destination E2 without waiting for information about destination E2 to be transmitted through potential updates, thereby improving responsiveness to surrounding information.
<実施例3>
実施例3では、実施の形態に係る制御装置S5が備える情報伝達速度決定部C5の具体例を示す。図11は、実施例3に係る情報伝達速度決定部C5の処理の一例を示す模式図である。本実施例では、移動体E1を中心に、高速情報伝達領域A1と、高速情報伝達領域A1を囲む低速情報伝達領域A2とを定義し、それらの領域ごとに情報伝達速度を定義する(高速情報伝達領域A1における情報伝達速度は、低速情報伝達領域A2における情報伝達速度よりも速く設定される)。よって、本実施例では、移動体E1の位置に応じて、各ノードの情報伝達速度が動的に変化することになる。
Example 3
Example 3 shows a specific example of the information transmission rate determiner C5 included in the control device S5 according to the embodiment. FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the processing of the information transmission rate determiner C5 according to Example 3. In this example, a high-speed information transmission area A1 and a low-speed information transmission area A2 surrounding the high-speed information transmission area A1 are defined with the moving object E1 at the center, and an information transmission rate is defined for each area (the information transmission rate in the high-speed information transmission area A1 is set to be faster than the information transmission rate in the low-speed information transmission area A2). Thus, in this example, the information transmission rate of each node dynamically changes depending on the position of the moving object E1.
このように、移動体E1の近くに高速情報伝達領域A1が定義され、それを囲むように低速情報伝達領域A2が定義されることで、移動体E1に近い領域のポテンシャル場を重点的に更新できるため、例えば、移動体E1の周辺で突然の人の飛び出しなどが生じた場合にも、即座に対応することができるようになる。 In this way, by defining a high-speed information transmission area A1 near moving body E1 and defining a low-speed information transmission area A2 surrounding it, it is possible to focus on updating the potential field in the area close to moving body E1, making it possible to respond immediately, for example, if a person suddenly appears near moving body E1.
図11では、情報伝達速度の異なる2つの情報伝達領域を定義した例を示したが、情報伝達領域の数は3つ以上でもよく、移動体E1に近い領域ほど情報伝達速度が速くなるように、各領域の情報伝達速度が設定される。また、必ずしも領域ごとに情報伝達速度を定義しなくてもよく、例えば移動体E1を中心とした連続的な関数で、移動体E1から離れた位置ほど情報伝達速度が低くなるように、情報伝達速度が定義されてもよい。 Figure 11 shows an example in which two information transmission areas with different information transmission speeds are defined, but the number of information transmission areas may be three or more, and the information transmission speed for each area is set so that the closer the area is to mobile unit E1, the faster the information transmission speed. Also, it is not necessary to define the information transmission speed for each area; for example, the information transmission speed may be defined as a continuous function centered on mobile unit E1, with the information transmission speed decreasing the further away from mobile unit E1 it is.
<実施例3の第1の変形例>
図12は、実施例3の第1の変形例を示しており、情報伝達速度決定部C5の処理の一例を示す模式図である。本変形例では、各ノードの情報伝達速度が、そのノードの周辺のポテンシャル更新量(すなわち、ポテンシャル場の更新によるポテンシャルの変化量)に基づいて計算される。図12は、シグモイド関数を用いて情報伝達速度を計算する例を示している。なお、情報伝達速度がゼロになるとポテンシャル場の更新が行われなくなるため、図12では情報伝達速度の下限として、最小伝達速度が設定されている。
<First Modification of Third Embodiment>
FIG. 12 shows a first modified example of the third embodiment, and is a schematic diagram illustrating an example of the processing of the information transmission rate determination unit C5. In this modified example, the information transmission rate of each node is calculated based on the potential update amount around the node (i.e., the amount of change in potential due to the update of the potential field). FIG. 12 shows an example of calculating the information transmission rate using a sigmoid function. Note that, because the potential field will no longer be updated if the information transmission rate becomes zero, a minimum transmission rate is set as the lower limit of the information transmission rate in FIG. 12.
本変形例によれば、各ノードの情報伝達速度は、周辺のポテンシャル更新量が大きいほど増加する。よって、環境変化が頻繁に発生する動的な環境のノードで情報伝達速度が高くなり、動的な環境における即応性を高めることができる。 According to this modified example, the information transmission speed of each node increases as the amount of potential updates in the surrounding area increases. Therefore, the information transmission speed increases in nodes in dynamic environments where environmental changes occur frequently, improving responsiveness in dynamic environments.
<実施例3の第2の変形例>
図13は、実施例3の第2の変形例であり、情報伝達速度決定部C5の処理の一例を示す模式図である。本変形例では、各ノードの情報伝達速度を、そのノードで環境変化が生じたタイミングで最大伝達速度まで増加させ、その後は時間の経過に従って指数関数的に減衰させる。本変形例においても、環境変化が頻繁に発生する動的な環境のノードで情報伝達速度が高くなり、動的な環境における即応性を高めることができる。
<Second Modification of the Third Embodiment>
13 is a schematic diagram showing an example of the processing of the information transmission rate determination unit C5, which is a second modification of the third embodiment. In this modification, the information transmission rate of each node is increased to the maximum transmission rate when an environmental change occurs at that node, and then exponentially decays over time. In this modification, the information transmission rate is also increased in nodes in dynamic environments where environmental changes occur frequently, thereby improving responsiveness in dynamic environments.
なお、環境変化が生じたタイミングで伝達速度を増加させるノードは、当該環境変化が生じたノードだけでもよいし、環境変化が生じていないノードを含めて情報伝達速度を増加させてもよい。 Note that the nodes that increase their transmission speed when an environmental change occurs may be limited to the node where the environmental change occurred, or may also increase their information transmission speed for nodes where no environmental change occurred.
<実施例4>
実施例4では、実施の形態に係る制御装置S5が備える指令値計算部C3の具体例を示す。図14は、実施例4に係る指令値計算部C3の構成の一例を示すブロック図である。指令値計算部C3は、勾配ベクトル計算部M1と、指令値初期値計算部M2と、評価値計算部M3と、指令値修正部M4と、収束判定部M5とを備える。
Example 4
Example 4 shows a specific example of a command value calculation unit C3 included in a control device S5 according to an embodiment. Fig. 14 is a block diagram showing an example of the configuration of the command value calculation unit C3 according to Example 4. The command value calculation unit C3 includes a gradient vector calculation unit M1, an initial command value calculation unit M2, an evaluation value calculation unit M3, a command value correction unit M4, and a convergence determination unit M5.
勾配ベクトル計算部M1は、ポテンシャル場から、移動体E1の位置におけるポテンシャル場の勾配ベクトル(以下「ポテンシャル勾配ベクトル」という)を計算する。指令値初期値計算部M2は、勾配ベクトル計算部M1が計算した移動体E1の位置のポテンシャル勾配ベクトルから、移動体E1の指令値の初期値を計算する。評価値計算部M3は、移動体E1の指令値の評価値を計算する。指令値修正部M4は、評価値を増加させる方向へ、移動体E1の指令値を修正する。収束判定部M5は、収束条件を満たすまで、評価値計算部M3および指令値修正部M4に反復計算を行わせることで、評価値を最大化する指令値を求める。評価値はポテンシャル場に基づいて計算され、本実施例では、評価値はポテンシャルの移動経路積分とする。ただし、評価値はこれに限定されない。 The gradient vector calculation unit M1 calculates the gradient vector of the potential field at the position of the moving body E1 (hereinafter referred to as the "potential gradient vector") from the potential field. The command value initial value calculation unit M2 calculates the initial value of the command value for the moving body E1 from the potential gradient vector at the position of the moving body E1 calculated by the gradient vector calculation unit M1. The evaluation value calculation unit M3 calculates the evaluation value of the command value for the moving body E1. The command value modification unit M4 modifies the command value for the moving body E1 in a direction that increases the evaluation value. The convergence determination unit M5 determines the command value that maximizes the evaluation value by having the evaluation value calculation unit M3 and the command value modification unit M4 perform iterative calculations until the convergence condition is met. The evaluation value is calculated based on the potential field, and in this embodiment, the evaluation value is the integral of the movement path of the potential. However, the evaluation value is not limited to this.
なお、勾配ベクトル計算部M1は、指令値計算部C3に実装するのではなく、ポテンシャル場記憶部C2の一機能として実装されてもよい。 Note that the gradient vector calculation unit M1 may be implemented as a function of the potential field memory unit C2, rather than being implemented in the command value calculation unit C3.
図15は、移動体E1の指令値の修正例を示す模式図である。図15には、移動体E1と、目的地E2と、移動体E1が回避する必要のある障害物O1と、ポテンシャル場記憶部C2に記憶されたポテンシャル場O2と、指令値初期値計算部M2により計算された指令値の初期値を用いたときの移動体E1の予測軌道である初期予測軌道O3と、反復計算により修正された指令値を用いたときの移動体E1の予測軌道である修正予測軌道O4とが示されている。移動体E1の予測軌道は、例えば、予め定められた時間だけ同じ指令値で動作したと仮定した場合の移動体E1の軌道を、移動体E1の制御モデルに基づいて計算することによって求めることができる。 Figure 15 is a schematic diagram showing an example of correcting a command value for a moving body E1. Figure 15 shows the moving body E1, the destination E2, an obstacle O1 that the moving body E1 needs to avoid, a potential field O2 stored in a potential field memory unit C2, an initial predicted trajectory O3 which is the predicted trajectory of the moving body E1 when using the initial command value calculated by the initial command value calculation unit M2, and a corrected predicted trajectory O4 which is the predicted trajectory of the moving body E1 when using a command value corrected by iterative calculation. The predicted trajectory of the moving body E1 can be obtained, for example, by calculating the trajectory of the moving body E1 assuming that it operates with the same command value for a predetermined period of time, based on a control model of the moving body E1.
図16は、指令値初期値計算部M2の処理の一例を示す模式図である。図16には、ポテンシャル勾配ベクトルから計算した移動体E1の初期予測軌道O3と、最大前進速度を指令値としたときの移動体E1の予測軌道である最大前進予測軌道O3-1と、最大後退速度を指令値としたときの移動体E1の予測軌道である最大後退予測軌道O3-2とが示されている。指令値初期値計算部M2は、初期予測軌道O3だけでなく、最大前進予測軌道O3-1および最大後退予測軌道O3-2も、反復計算で用いる指令値の初期値(初期軌道)として求める。最大前進予測軌道O3-1および最大後退予測軌道O3-2を、初期軌道の候補に追加することで、ポテンシャル場の収束度によらず安定して指令値を出力することができる。 Figure 16 is a schematic diagram showing an example of the processing of the command value initial value calculation unit M2. Figure 16 shows the initial predicted trajectory O3 of the moving body E1 calculated from the potential gradient vector, the maximum forward predicted trajectory O3-1, which is the predicted trajectory of the moving body E1 when the maximum forward speed is used as the command value, and the maximum backward predicted trajectory O3-2, which is the predicted trajectory of the moving body E1 when the maximum backward speed is used as the command value. The command value initial value calculation unit M2 calculates not only the initial predicted trajectory O3, but also the maximum forward predicted trajectory O3-1 and the maximum backward predicted trajectory O3-2 as initial values (initial trajectories) of the command value used in the iterative calculation. By adding the maximum forward predicted trajectory O3-1 and the maximum backward predicted trajectory O3-2 to the initial trajectory candidates, command values can be output stably regardless of the convergence of the potential field.
なお、初期予測軌道O3、最大前進予測軌道O3-1および最大後退予測軌道O3-2のうちのどれを初期軌道として用いるかを決定する方法としては、例えば、初期軌道の候補のそれぞれに対して指令値の修正を行い、収束後に評価値が最も高いものを初期軌道として選択するという方法がある。また、最大前進予測軌道O3-1と最大後退予測軌道O3-2は必ずしも追加しなくてよく、計算コストを下げるために、ポテンシャル勾配ベクトルに基づく初期予測軌道O3のみを初期軌道としてもよい。 One method for determining which of the initial predicted trajectory O3, maximum forward predicted trajectory O3-1, and maximum backward predicted trajectory O3-2 to use as the initial trajectory is to modify the command values for each of the initial trajectory candidates and select the one with the highest evaluation value after convergence as the initial trajectory. Furthermore, the maximum forward predicted trajectory O3-1 and maximum backward predicted trajectory O3-2 do not necessarily need to be added; to reduce calculation costs, only the initial predicted trajectory O3 based on the potential gradient vector may be used as the initial trajectory.
本実施例に係る指令値計算部C3が行う具体的な処理の流れを説明する。ここでは、差動二輪機構を持つ移動体E1の速度指令値を、2次元で定義されたポテンシャル場に基づいて計算する例を示す。 The specific processing flow performed by the command value calculation unit C3 in this embodiment is described below. Here, we show an example in which the speed command value for a moving object E1 having a differential two-wheel mechanism is calculated based on a potential field defined in two dimensions.
まず、勾配ベクトル計算部M1が、ポテンシャル場記憶部C2に記憶されたポテンシャル場の情報と、移動体位置配信装置S4から発行された移動体E1の位置の情報とから、移動体E1の位置におけるポテンシャル勾配ベクトルを計算する。ポテンシャル勾配ベクトルは、下の数式(5)で計算される。 First, the gradient vector calculation unit M1 calculates the potential gradient vector at the position of the mobile unit E1 from the potential field information stored in the potential field memory unit C2 and the position information of the mobile unit E1 issued by the mobile unit position distribution device S4. The potential gradient vector is calculated using the following formula (5):
数式(5)において、vNはポテンシャル勾配ベクトル、Uはポテンシャル値であり、移動体座標E5の進行方向軸をx成分、横方向軸をy成分とした。 In equation (5), vN is a potential gradient vector, U is a potential value, the moving direction axis of the moving body coordinate E5 is the x component, and the lateral axis is the y component.
次に、指令値初期値計算部M2が、勾配ベクトル計算部M1が計算したポテンシャル勾配ベクトルに基づき、移動体E1の速度指令値の初期値を計算する。速度指令値は、例えば下の数式(6)で計算される。 Next, the command value initial value calculation unit M2 calculates the initial value of the speed command value for the moving object E1 based on the potential gradient vector calculated by the gradient vector calculation unit M1. The speed command value is calculated, for example, using the following formula (6):
数式(6)において、vN[0]はポテンシャル勾配ベクトルの第1成分、vN[1]はポテンシャル勾配ベクトルの第2成分、uxは前進方向(移動体座標E5におけるx軸方向)の速度指令値の初期値、uxmaxは最大並進速度、uθは旋回方向の速度指令値の初期値、uθmaxは最大旋回速度である。 In equation (6), v N [0] is the first component of the potential gradient vector, v N [1] is the second component of the potential gradient vector, u x is the initial value of the velocity command value in the forward direction (x-axis direction in the moving body coordinate E5), u xmax is the maximum translational velocity, u θ is the initial value of the velocity command value in the turning direction, and u θmax is the maximum turning velocity.
移動体E1が前進する場合はポテンシャル勾配ベクトルのy軸成分を旋回速度とし、移動体E1が後退する場合はポテンシャル勾配ベクトルのy軸成分の方向に最大値で旋回を行う。上述したように、指令値初期値計算部M2は、速度指令値に基づく初期予測軌道O3に加え、最大前進予測軌道O3-1および最大後退予測軌道O3-2を、反復計算の初期値の候補とする。 When the moving body E1 moves forward, the y-axis component of the potential gradient vector is used as the turning speed, and when the moving body E1 moves backward, it turns at the maximum value in the direction of the y-axis component of the potential gradient vector. As described above, the command value initial value calculation unit M2 uses the maximum forward predicted trajectory O3-1 and the maximum backward predicted trajectory O3-2 as candidates for initial values for the iterative calculation, in addition to the initial predicted trajectory O3 based on the speed command value.
次に、評価値計算部M3が、各速度指令値の初期値の評価を行う。この評価方法としては、例えば、各予測軌道上のポテンシャルの積分値がペナルティとなるような評価関数を用いる方法がある。 Next, the evaluation value calculation unit M3 evaluates the initial value of each speed command value. One evaluation method is to use an evaluation function in which the integral value of the potential on each predicted trajectory becomes the penalty.
次に、指令値修正部M4が、評価値計算部M3で計算した評価値を増加させる方向に速度指令値を修正する。速度指令値の修正方法としては、例えば山登り法などを適用できる。 Next, the command value correction unit M4 corrects the speed command value in a direction that increases the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit M3. The speed command value can be corrected using, for example, the hill-climbing method.
次に、収束判定部M5が、修正された速度指令値が収束しているか否かを判定する。収束条件としては、例えば、指令値修正部M4による修正量が予め定められた閾値以下であるという条件を用いることができる。 Next, the convergence determination unit M5 determines whether the corrected speed command value has converged. A convergence condition can be, for example, that the amount of correction made by the command value correction unit M4 is equal to or less than a predetermined threshold value.
なお、本実施例では、反復計算の初期値の候補として、ポテンシャル勾配ベクトルに基づく初期予測軌道O3、最大前進予測軌道O3-1、最大後退予測軌道O3-2の3つが用いられたが、さらに、最大旋回予測軌道など、他の初期値の候補を追加してもよい。また、上述した具体例では、移動体E1の姿勢を評価していないが、例えば、ポテンシャル勾配ベクトルと、移動体座標系のx軸とがなす角の大きさを評価関数に加えることで、移動体E1の旋回動作を評価することもできる。 In this embodiment, three initial value candidates for the iterative calculation were used: the initial predicted trajectory O3 based on the potential gradient vector, the maximum forward predicted trajectory O3-1, and the maximum backward predicted trajectory O3-2. However, other initial value candidates, such as the maximum turning predicted trajectory, may also be added. Furthermore, in the specific example described above, the attitude of the moving body E1 is not evaluated. However, the turning operation of the moving body E1 can also be evaluated by adding, for example, the magnitude of the angle between the potential gradient vector and the x-axis of the moving body coordinate system to the evaluation function.
本実施例では、ポテンシャル勾配ベクトルの近傍に、より理想的な移動軌道が存在するものと仮定し、一定時間先までの予測軌道を評価して指令値を微修正することで、効率的に環境に適した指令値を計算することができる。これにより、狭小空間などのシビアな環境でも移動体E1を滑らかに誘導することができる。 In this embodiment, it is assumed that a more ideal movement trajectory exists near the potential gradient vector, and by evaluating the predicted trajectory up to a certain time ahead and fine-tuning the command value, it is possible to efficiently calculate a command value that is appropriate for the environment. This makes it possible to smoothly guide the moving object E1 even in severe environments such as small spaces.
なお、本実施の形態は、反復計算を必要とする微分方程式により生成したポテンシャル場を対象としているが、本実施例は人工ポテンシャル法に適用してもよい。 Note that while this embodiment focuses on potential fields generated using differential equations that require iterative calculations, this embodiment may also be applied to artificial potential methods.
<ハードウェア構成例>
図17および図18は、それぞれ制御装置S5のハードウェア構成の例を示す図である。図1に示した制御装置S5の構成要素の各機能は、例えば図17に示す処理回路100により実現される。すなわち、制御装置S5は、ポテンシャル場の情報伝達速度をノードごとに決定し、移動体の周囲の観測情報に基づき、情報伝達速度に従ってポテンシャル場を更新し、ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、移動体への指令値を計算するための処理回路100を備える。処理回路100は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサ(中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)とも呼ばれる)を用いて構成されていてもよい。
<Hardware configuration example>
17 and 18 are diagrams illustrating examples of the hardware configuration of the control device S5. The functions of the components of the control device S5 illustrated in FIG. 1 are realized, for example, by a processing circuit 100 illustrated in FIG. 17. That is, the control device S5 includes a processing circuit 100 for determining the information transmission speed of the potential field for each node, updating the potential field in accordance with the information transmission speed based on observation information about the surroundings of the mobile object, and calculating a command value for the mobile object based on the gradient vector of the potential field. The processing circuit 100 may be dedicated hardware, or may be configured using a processor (also referred to as a central processing unit (CPU), processing device, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, or DSP (Digital Signal Processor)) that executes a program stored in memory.
処理回路100が専用のハードウェアである場合、処理回路100は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものなどが該当する。制御装置S5の構成要素の各々の機能が個別の処理回路で実現されてもよいし、それらの機能がまとめて一つの処理回路で実現されてもよい。 When the processing circuit 100 is dedicated hardware, the processing circuit 100 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination of these. The functions of each component of the control device S5 may be realized by a separate processing circuit, or these functions may be realized together by a single processing circuit.
図18は、処理回路100がプログラムを実行するプロセッサ101を用いて構成されている場合における制御装置S5のハードウェア構成の例を示している。この場合、制御装置S5の構成要素の機能は、ソフトウェア等(ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせ)により実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ102に格納される。プロセッサ101は、メモリ102に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、制御装置S5は、プロセッサ101により実行されるときに、ポテンシャル場の情報伝達速度をノードごとに決定する処理と、移動体の周囲の観測情報に基づき、情報伝達速度に従ってポテンシャル場を更新する処理と、ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、移動体への指令値を計算する処理と、が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ102を備える。換言すれば、このプログラムは、制御装置S5の構成要素の動作の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。 Figure 18 shows an example of the hardware configuration of the control device S5 when the processing circuit 100 is configured using a processor 101 that executes a program. In this case, the functions of the components of the control device S5 are realized by software, etc. (software, firmware, or a combination of software and firmware). The software, etc. is written as a program and stored in memory 102. The processor 101 realizes the functions of each part by reading and executing the program stored in memory 102. In other words, the control device S5 includes memory 102 for storing a program that, when executed by the processor 101, results in the following processes: determining the information transmission speed of the potential field for each node; updating the potential field in accordance with the information transmission speed based on observation information about the surroundings of the mobile object; and calculating a command value for the mobile object based on the gradient vector of the potential field. In other words, this program can be said to cause a computer to execute the procedures and methods of operation of the components of the control device S5.
ここで、メモリ102は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、HDD(Hard Disk Drive)、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)およびそのドライブ装置のほか、今後使用されるあらゆる記憶媒体であってもよい。 Here, memory 102 may be, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), HDD (Hard Disk Drive), magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc) and its drive device, or any other storage medium that will be used in the future.
以上、制御装置S5の構成要素の機能が、ハードウェアおよびソフトウェア等のいずれか一方で実現される構成について説明した。しかしこれに限ったものではなく、制御装置S5の一部の構成要素を専用のハードウェアで実現し、別の一部の構成要素をソフトウェア等で実現する構成であってもよい。例えば、一部の構成要素については専用のハードウェアとしての処理回路100でその機能を実現し、他の一部の構成要素についてはプロセッサ101としての処理回路100がメモリ102に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。 The above describes a configuration in which the functions of the components of the control device S5 are realized either by hardware or software, etc. However, this is not limited to this, and the configuration may also be such that some of the components of the control device S5 are realized by dedicated hardware, and other components are realized by software, etc. For example, the functions of some components can be realized by the processing circuit 100 as dedicated hardware, and the functions of other components can be realized by the processing circuit 100 as the processor 101 reading and executing a program stored in memory 102.
以上のように、制御装置S5は、ハードウェア、ソフトウェア等、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。 As described above, the control device S5 can realize each of the above-mentioned functions through hardware, software, etc., or a combination of these.
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In addition, it is possible to freely combine each embodiment, and to modify or omit each embodiment as appropriate.
<付記>
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
<Additional Notes>
Various aspects of the present disclosure are summarized below as appendices.
(付記1)
移動体が移動する空間を離散化して得られる複数のノード上に前記移動体の誘導方向を定めたポテンシャル場を生成する移動体制御装置であって、
前記ポテンシャル場の情報伝達速度を前記ノードごとに決定する情報伝達速度決定部と、
前記移動体の周囲の観測情報に基づき、前記情報伝達速度に従って前記ポテンシャル場を更新するポテンシャル場更新部と、
前記ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、前記移動体への指令値を計算する指令値計算部と、
を備え、
前記情報伝達速度決定部は、各前記ノードの前記情報伝達速度を、前記移動体の位置に応じて決定する、
移動体制御装置。
(Appendix 1)
A mobile object control device that generates a potential field that determines a guiding direction of a mobile object on a plurality of nodes obtained by discretizing a space in which the mobile object moves,
an information transmission rate determination unit that determines an information transmission rate of the potential field for each of the nodes;
a potential field update unit that updates the potential field in accordance with the information transmission speed based on observation information about the surroundings of the moving object;
a command value calculation unit that calculates a command value for the moving object based on a gradient vector of the potential field;
Equipped with
the information transmission rate determination unit determines the information transmission rate of each of the nodes in accordance with a position of the mobile object;
Mobile control device.
(付記2)
移動体が移動する空間を離散化して得られる複数のノード上に前記移動体の誘導方向を定めたポテンシャル場を生成する移動体制御装置であって、
前記ポテンシャル場の情報伝達速度を前記ノードごとに決定する情報伝達速度決定部と、
前記移動体の周囲の観測情報に基づき、前記情報伝達速度に従って前記ポテンシャル場を更新するポテンシャル場更新部と、
前記ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、前記移動体への指令値を計算する指令値計算部と、
を備え、
前記情報伝達速度決定部は、各前記ノードにおける前記ポテンシャル場の更新量に基づいて、各前記ノードの前記情報伝達速度を決定する、
移動体制御装置。
(Appendix 2)
A mobile object control device that generates a potential field that determines a guiding direction of a mobile object on a plurality of nodes obtained by discretizing a space in which the mobile object moves,
an information transmission rate determination unit that determines an information transmission rate of the potential field for each of the nodes;
a potential field update unit that updates the potential field in accordance with the information transmission speed based on observation information about the surroundings of the moving object;
a command value calculation unit that calculates a command value for the moving object based on a gradient vector of the potential field;
Equipped with
the information transmission rate determination unit determines the information transmission rate of each of the nodes based on an update amount of the potential field in each of the nodes.
Mobile control device.
(付記3)
移動体が移動する空間を離散化して得られる複数のノード上に前記移動体の誘導方向を定めたポテンシャル場を生成する移動体制御装置であって、
前記ポテンシャル場の情報伝達速度を前記ノードごとに決定する情報伝達速度決定部と、
前記移動体の周囲の観測情報に基づき、前記情報伝達速度に従って前記ポテンシャル場を更新するポテンシャル場更新部と、
前記ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、前記移動体への指令値を計算する指令値計算部と、
を備え、
前記情報伝達速度決定部は、各前記ノードにおける環境変化のタイミングに基づいて、各前記ノードの前記情報伝達速度を決定する、
移動体制御装置。
(Appendix 3)
A mobile object control device that generates a potential field that determines a guiding direction of a mobile object on a plurality of nodes obtained by discretizing a space in which the mobile object moves,
an information transmission rate determination unit that determines an information transmission rate of the potential field for each of the nodes;
a potential field update unit that updates the potential field in accordance with the information transmission speed based on observation information about the surroundings of the moving object;
a command value calculation unit that calculates a command value for the moving object based on a gradient vector of the potential field;
Equipped with
the information transmission rate determination unit determines the information transmission rate of each of the nodes based on a timing of an environmental change in each of the nodes.
Mobile control device.
(付記4)
前記ポテンシャル場更新部は、空間内部に重みを与えることのできる微分方程式に基づき、前記移動体の周囲の前記観測情報から計算された斥力関数と前記移動体の目的地への引力関数との和を前記微分方程式の前記重みとして与えることにより、前記ポテンシャル場を更新する、
付記1から付記3のいずれか一つに記載の移動体制御装置。
(Appendix 4)
the potential field update unit updates the potential field by assigning, as the weight of a differential equation that can assign weights to the interior of space, a sum of a repulsive function calculated from the observation information around the moving object and an attractive function toward the destination of the moving object.
4. A mobile object control device according to any one of claims 1 to 3.
(付記5)
前記情報伝達速度決定部は、前記移動体の位置を中心とした複数の領域を定義し、前記領域ごとに各前記ノードの前記情報伝達速度を決定する、
付記1に記載の移動体制御装置。
(Appendix 5)
the information transmission rate determination unit defines a plurality of areas centered on the position of the mobile unit, and determines the information transmission rate of each of the nodes for each of the areas.
2. A mobile object control device according to claim 1.
(付記6)
前記ポテンシャル場更新部は、特定の領域の境界に位置する前記ノードを初期ノードとした探索アルゴリズムにより、前記特定の領域内の各前記ノードの前記ポテンシャル場を更新する順番を決定する、
付記1から付記3のいずれか一つに記載の移動体制御装置。
(Appendix 6)
the potential field update unit determines an order of updating the potential field of each of the nodes within the specific region by a search algorithm in which the node located on the boundary of the specific region is set as an initial node.
4. A mobile object control device according to any one of claims 1 to 3.
(付記7)
前記指令値計算部は、前記ポテンシャル場の勾配ベクトルから計算された前記移動体の指令値を初期値とし、前記ポテンシャル場に基づいて計算された前記指令値の評価値に基づいて前記指令値を修正する、
付記1から付記3のいずれか一つに記載の移動体制御装置。
(Appendix 7)
the command value calculation unit sets a command value for the moving body calculated from the gradient vector of the potential field as an initial value, and corrects the command value based on an evaluation value of the command value calculated based on the potential field.
4. A mobile object control device according to any one of claims 1 to 3.
C1 初期ポテンシャル場生成部、C2 ポテンシャル場記憶部、C3 指令値計算部、C4 ポテンシャル場更新部、C5 情報伝達速度決定部、E1 移動体、E2 目的地、E3 移動空間、E4 世界座標、E5 移動体座標、S1 環境地図配信装置、S2 観測装置、S3 目的地配信装置、S4 移動体位置配信装置、S5 制御装置、S6 駆動装置、N1 ノード、N2 高速情報伝達、N3 中速情報伝達、N4 低速情報伝達、U1 移動コスト計算部、U2 更新周期計算部、U3 更新離散化幅計算部、U4 ポテンシャル値更新部、U5 推定移動コスト計算部、A1 高速情報伝達領域、A2 低速情報伝達領域、M1 勾配ベクトル計算部、M2 指令値初期値計算部、M3 評価値計算部、M4 指令値修正部、M5 収束判定部、O1 障害物、O2 ポテンシャル場、O3 初期予測軌道、O3-1 最大前進予測軌道、O3-2 最大後退予測軌道、O4 修正予測軌道、100 処理回路、101 プロセッサ、102 メモリ。 C1 initial potential field generation unit, C2 potential field storage unit, C3 command value calculation unit, C4 potential field update unit, C5 information transmission speed determination unit, E1 mobile body, E2 destination, E3 movement space, E4 world coordinates, E5 mobile body coordinates, S1 environmental map distribution device, S2 observation device, S3 destination distribution device, S4 mobile body position distribution device, S5 control device, S6 drive device, N1 node, N2 high-speed information transmission, N3 medium-speed information transmission, N4 low-speed information transmission, U1 movement cost calculation unit, U2 update period calculation unit, U3 update discretization width calculation unit, U4 potential value update unit, U5 estimated movement cost calculation unit, A1 high-speed information transmission area, A2 low-speed information transmission area, M1 gradient vector calculation unit, M2 command value initial value calculation unit, M3 evaluation value calculation unit, M4 command value correction unit, M5 convergence determination unit, O1 Obstacle, O2 potential field, O3 initial predicted trajectory, O3-1 maximum forward predicted trajectory, O3-2 maximum backward predicted trajectory, O4 corrected predicted trajectory, 100 processing circuit, 101 processor, 102 memory.
Claims (7)
前記ポテンシャル場の情報伝達速度を前記ノードごとに決定する情報伝達速度決定部と、
前記移動体の周囲の観測情報に基づき、前記情報伝達速度に従って前記ポテンシャル場を更新するポテンシャル場更新部と、
前記ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、前記移動体への指令値を計算する指令値計算部と、
を備え、
前記ポテンシャル場の前記情報伝達速度は、前記ポテンシャル場更新部において前記観測情報を前記ポテンシャル場に伝達し、前記ポテンシャル場を更新する速度であり、
前記情報伝達速度決定部は、各前記ノードの前記情報伝達速度を、前記移動体の位置に応じて決定する、
移動体制御装置。 A mobile object control device that generates a potential field that determines a guiding direction of a mobile object on a plurality of nodes obtained by discretizing a space in which the mobile object moves,
an information transmission rate determination unit that determines an information transmission rate of the potential field for each of the nodes;
a potential field update unit that updates the potential field in accordance with the information transmission speed based on observation information about the surroundings of the moving object;
a command value calculation unit that calculates a command value for the moving object based on a gradient vector of the potential field;
Equipped with
the information transmission speed of the potential field is a speed at which the potential field update unit transmits the observation information to the potential field and updates the potential field,
the information transmission rate determination unit determines the information transmission rate of each of the nodes in accordance with a position of the mobile object;
Mobile control device.
前記ポテンシャル場の情報伝達速度を前記ノードごとに決定する情報伝達速度決定部と、
前記移動体の周囲の観測情報に基づき、前記情報伝達速度に従って前記ポテンシャル場を更新するポテンシャル場更新部と、
前記ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、前記移動体への指令値を計算する指令値計算部と、
を備え、
前記ポテンシャル場の前記情報伝達速度は、前記ポテンシャル場更新部において前記観測情報を前記ポテンシャル場に伝達し、前記ポテンシャル場を更新する速度であり、
前記情報伝達速度決定部は、各前記ノードにおける前記ポテンシャル場の更新量に基づいて、各前記ノードの前記情報伝達速度を決定する、
移動体制御装置。 A mobile object control device that generates a potential field that determines a guiding direction of a mobile object on a plurality of nodes obtained by discretizing a space in which the mobile object moves,
an information transmission rate determination unit that determines an information transmission rate of the potential field for each of the nodes;
a potential field update unit that updates the potential field in accordance with the information transmission speed based on observation information about the surroundings of the moving object;
a command value calculation unit that calculates a command value for the moving object based on a gradient vector of the potential field;
Equipped with
the information transmission speed of the potential field is a speed at which the potential field update unit transmits the observation information to the potential field and updates the potential field,
the information transmission rate determination unit determines the information transmission rate of each of the nodes based on an update amount of the potential field in each of the nodes.
Mobile control device.
前記ポテンシャル場の情報伝達速度を前記ノードごとに決定する情報伝達速度決定部と、
前記移動体の周囲の観測情報に基づき、前記情報伝達速度に従って前記ポテンシャル場を更新するポテンシャル場更新部と、
前記ポテンシャル場の勾配ベクトルに基づいて、前記移動体への指令値を計算する指令値計算部と、
を備え、
前記ポテンシャル場の前記情報伝達速度は、前記ポテンシャル場更新部において前記観測情報を前記ポテンシャル場に伝達し、前記ポテンシャル場を更新する速度であり、
前記情報伝達速度決定部は、各前記ノードにおける環境変化のタイミングに基づいて、各前記ノードの前記情報伝達速度を決定する、
移動体制御装置。 A mobile object control device that generates a potential field that determines a guiding direction of a mobile object on a plurality of nodes obtained by discretizing a space in which the mobile object moves,
an information transmission rate determination unit that determines an information transmission rate of the potential field for each of the nodes;
a potential field update unit that updates the potential field in accordance with the information transmission speed based on observation information about the surroundings of the moving object;
a command value calculation unit that calculates a command value for the moving object based on a gradient vector of the potential field;
Equipped with
the information transmission speed of the potential field is a speed at which the potential field update unit transmits the observation information to the potential field and updates the potential field,
the information transmission rate determination unit determines the information transmission rate of each of the nodes based on a timing of an environmental change in each of the nodes.
Mobile control device.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の移動体制御装置。 the potential field update unit updates the potential field by assigning, as the weight of a differential equation that can assign weights to the interior of space, a sum of a repulsive function calculated from the observation information around the moving object and an attractive function toward the destination of the moving object.
The mobile object control device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1に記載の移動体制御装置。 the information transmission rate determination unit defines a plurality of areas centered on the position of the mobile unit, and determines the information transmission rate of each of the nodes for each of the areas.
The mobile object control device according to claim 1 .
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の移動体制御装置。 the potential field update unit determines an order of updating the potential field of each of the nodes within the specific region by a search algorithm in which the node located on the boundary of the specific region is set as an initial node.
The mobile object control device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の移動体制御装置。 the command value calculation unit sets a command value for the moving body calculated from the gradient vector of the potential field as an initial value, and corrects the command value based on an evaluation value of the command value calculated based on the potential field.
The mobile object control device according to any one of claims 1 to 3.
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