JP2021076968A - 自律走行体 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄な回避行動を抑制すること。【解決手段】自律走行体１０は、車両２０と、車両２０に搭載されたセンサ３１と、車両２０に搭載された制御装置３２と、を備える。制御装置３２は、探索領域Ａ１内に障害物が存在するか否かを判定する。制御装置３２は、進行方向変更領域Ａ２内に障害物が存在している場合、車両２０に回避行動を行わせる。探索領域Ａ１は、走行経路Ｒを間に挟んで位置する第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２を備える。第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２のうち、車両２０が回避行動を行う際に走行経路Ｒから離れる方向に位置する領域を走行領域とする。車両２０が走行経路Ｒから離間している場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法は、車両２０が走行経路Ｒを走行中の場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法以上であり、かつ、予め定められた上限値以下である。【選択図】図７

Description

本発明は、自律走行体に関する。

自律走行体としては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の自律走行体は、障害物を検出するセンサと、制御装置と、を備える。制御装置は、出発点と最終到達点とを結ぶ走行経路に障害物が存在する場合、回避経路を探索する。制御装置は、回避経路が見つかると、回避経路に沿って自律走行体を走行させる。

特開平７−６４６３３号公報

特許文献１では、障害物が検出されると回避経路を探索し、この回避経路に沿って自律走行体を走行させている。すると、検出された障害物が実際に走行の支障となるか否か、言い換えれば、回避する必要があるか否かに関わらず自律走行体は回避経路を走行することになる。走行経路によっては、検出した障害物を回避しなくても自律走行体の走行が可能な場合があり、障害物の検出を契機として自律走行体に回避経路を走行させると、最終到達点への到達が遅くなる。

本発明の目的は、無駄な回避行動を抑制することができる自律走行体を提供することにある。

上記課題を解決する自律走行体は、走行経路を走行する走行体と、前記走行体に搭載されたセンサと、前記センサの検出結果から、前記走行体から前記走行経路の延びる方向に拡がる探索領域内に障害物が存在するか否かを判定する障害物判定部と、水平方向のうち前記走行経路に交差する方向を回避方向とすると、前記障害物判定部により前記探索領域内に前記障害物が存在すると判定された場合、前記障害物から前記回避方向に前記走行体を回避させることが可能な回避可能領域が存在するか否かを探索する探索部と、前記探索領域内で前記走行体から前記走行体の進行方向に拡がる領域であって前記探索領域よりも狭い進行方向変更領域内に前記障害物が存在している場合、前記走行体の進行方向を前記回避可能領域に向かうように変更することで、前記走行体を前記走行経路から離間させて前記走行体に回避行動を行わせる進行方向変更部と、を備え、前記探索領域は、前記走行経路から前記回避方向に拡がる領域であって前記走行経路を間に挟んで位置する第１領域及び第２領域を備え、前記第１領域及び前記第２領域のうち、前記走行体が前記回避行動を行う際に前記走行経路から離れる方向に位置する領域を走行領域とすると、前記走行体が前記走行経路から離間している場合における前記走行領域の前記回避方向に対する寸法は、前記走行体が前記走行経路を走行中の場合における前記走行領域の前記回避方向に対する寸法以上であり、かつ、予め定められた上限値以下である。

探索領域内に障害物が存在する場合であっても、障害物が進行方向変更領域内に存在しない場合には自律走行体は障害物の回避を行わない。障害物が進行方向変更領域内に存在している場合、自律走行体は回避可能領域に向かうように回避行動を行う。障害物を検出した場合でも、探索領域よりも狭い進行方向変更領域内に障害物が存在しない限りは回避行動が行われないため、無駄な回避行動を抑制することができる。

また、走行体の回避行動が行われる際には走行体が走行経路から離間する。この際、走行経路からの走行体の離間とともに走行領域の回避方向に対する寸法を大きくしていくと、走行経路から過剰に離れた位置にある回避可能領域が探索されるおそれがある。この回避可能領域に向けて走行体が進行すると、走行体が走行経路から過剰に離間するおそれがある。これに対し、走行体が走行経路から離間している場合における走行領域の回避方向に対する寸法に上限値を設けることで、走行経路から過剰に離れた位置にある回避可能領域が探索されることが抑制される。結果として、走行体が走行経路から過剰に離れることを抑制することができる。

上記自律走行体について、前記上限値は、前記走行体が前記走行経路を走行中の場合における前記走行領域の前記回避方向に対する寸法であってもよい。
走行体が走行経路を走行中の場合における走行領域の回避方向に対する寸法と、走行体が走行経路から離間している場合における走行領域の回避方向に対する寸法とが同一となる。従って、走行体が走行経路から過剰に離れることを更に抑制することができる。

上記自律走行体について、前記探索部により前記回避可能領域が存在していないと判定された場合であり、かつ、前記進行方向変更領域内に前記障害物が存在している場合に、新たな前記走行経路を生成する経路生成部を備えていてもよい。

障害物を回避できない場合には、新たな走行経路が生成されるため、走行体の走行が維持されやすい。

本発明によれば、無駄な回避行動を抑制することができる。

自律走行体の平面図。 自律走行体のブロック図。 回避制御を示すフローチャート。 回避可能領域を探索するときの処理を示す概略図。 回避領域を選択するときの処理を示す概略図。 回避行動を行う際の車両の動きを示す図。 回避行動を行った後の車両の動きを示す図。 自律走行体の作用を説明するための図。 変形例の自律走行体を示す図。

以下、自律走行体の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、自律走行体１０は、走行体としての車両２０と、車両２０に搭載されたセンサ３１と、車両２０に搭載された制御装置３２と、通信Ｉ／Ｆ３５と、を備える。車両２０は、車体２１と、複数の車輪２２と、を備える。自律走行体１０は、例えば、荷を搬送する搬送台車である。

本実施形態の車輪２２は、全方向移動車輪である。全方向移動車輪とは、車軸と一体となって回転することに加えて、車軸の軸線方向への移動を許容する車輪である。車輪２２は、４つ設けられている。車輪２２の回転数、及び回転方向が制御されることで、車両２０は、車体２１の向きを維持した状態での全方向への移動、車体２１の向きを変更しながらの移動、移動しない状態での車体２１の向きの変更が可能である。なお、上記した「全方向」とは、車両２０が走行する路面上や床面上での移動方向を示す。

通信Ｉ／Ｆ３５は、携帯通信端末等の通信機器と通信を行うための通信インターフェースである。通信端末は、例えば、自律走行体１０の使用者が所持している。通信Ｉ／Ｆ３５は、制御装置３２により制御されることで、通信端末への情報の送信と、通信端末からの情報の受信とを行うことができる。

図２に示すように、自律走行体１０は、車輪２２を駆動させる駆動機構４１を備える。駆動機構４１は、車輪２２を回転させるためのモータ４２と、モータ４２を駆動させるモータドライバ４３と、を備える。なお、図示は省略するが、モータ４２及びモータドライバ４３は、車輪２２の数と同数設けられる。モータドライバ４３は、制御装置３２からの指令に応じてモータ４２の回転数を制御する。制御装置３２は、モータドライバ４３を介してモータ４２の回転数を制御することで、車両２０の進行方向を制御可能である。

次に、センサ３１及び制御装置３２について詳細に説明する。
センサ３１としては、制御装置３２に障害物を検出させることが可能なものが用いられる。本実施形態のセンサ３１は、レーザーレンジファインダである。レーザーレンジファインダは、レーザーを周辺に照射し、レーザーが当たった部分から反射された反射光を受光することで距離を測定する距離計である。本実施形態では、水平方向への照射角度を変更しながらレーザーを照射する二次元のレーザーレンジファインダが用いられている。

レーザーが当たった部分を照射点とすると、センサ３１は照射点までの距離を照射角度に対応付けて測定する。即ち、センサ３１は、車両２０と照射点との距離を示す相対座標を測定できる。本実施形態において、センサ３１の水平方向へのレーザーの照射可能角度は２７０°である。

図１に示すように、レーザーの照射可能角度の中央を基準軸Ｂとすると、照射可能角度は基準軸Ｂ±１３５度の範囲である。センサ３１によって測定される相対座標は、基準軸Ｂの延びる方向をＹ軸、水平方向のうちＹ軸に直交する方向をＸ軸とする直交座標系の座標である。以下の説明において、Ｘ軸の延びる方向をＸ軸方向、Ｙ軸の延びる方向をＹ軸方向とする。

図２に示すように、制御装置３２は、ＣＰＵ３３と、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び磁気記憶装置等からなる記憶部３４と、を備える。記憶部３４には、自律走行体１０を制御するための種々のプログラムが記憶されている。制御装置３２は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア、即ち、特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣを備えてもよい。処理回路である制御装置３２は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。プロセッサは、ＣＰＵ、並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

制御装置３２の記憶部３４には、地図情報が記憶されている。地図情報とは、自律走行体１０の用いられる環境の形状、広さなど、自律走行体１０の周辺環境の物理的構造に関する情報である。地図情報としては、例えば、建築物の壁、柱など位置の変化しにくい物の座標が記憶される。地図情報は、SLAM：Simultaneous Localization and Mappingによるマッピングにより作成されてもよいし、予め作成されていてもよい。マッピングは、例えば、センサ３１によって得られた照射点の座標から局所地図を作成し、この局所地図を自己位置に応じて組み合わせることによって行われる。

図１に示すように、車両２０を走行させる際には、制御装置３２は、走行経路Ｒを生成する。走行経路Ｒは、車両２０の出発点である現在位置から最終到達点までの経路である。なお、車両２０が直進している場合、走行経路Ｒと基準軸Ｂとは同一方向を向く。図１では、走行経路Ｒと基準軸Ｂとが重なり合っている。走行経路Ｒの生成方法としては、走行可能経路をグリッドマップ化して経路生成を行う方法や、ポテンシャル場を用いたポテンシャル法など種々の手法を用いることができる。

制御装置３２は、車両２０から所定距離離れた走行経路Ｒ上の位置を目標点Ｐ１とし、目標点Ｐ１に向けて走行するように駆動機構４１を制御する。制御装置３２は、Pure Pursuit法による経路追従を行うといえる。本実施形態において、制御装置３２は、障害物を回避する場合を除いて、車両２０が走行経路Ｒを走行するように駆動機構４１を制御する。なお、車両２０が走行経路Ｒを走行している状態とは、車両２０の所定位置Ｐ２が走行経路Ｒ上に位置するように車両２０が走行している状態である。所定位置Ｐ２は、車両２０の任意の位置であり、予め定められた固定位置である。本実施形態では、車体２１のＹ軸方向の中心であり、かつ、車体２１のＸ軸方向の中心である位置を所定位置Ｐ２としている。即ち、所定位置Ｐ２は、車体２１における水平方向の中心位置といえる。制御装置３２は、センサ３１の基準軸Ｂが車両２０の進行方向を向くように車両２０を走行させる。また、制御装置３２は、車両２０の走行中に、障害物と車両２０とが接触しないように図３に示す回避制御を行う。回避制御は、所定の制御周期で繰り返し行われる。

図３及び図４に示すように、ステップＳ１において、制御装置３２は、探索領域Ａ１内に障害物が存在するか否かを判定する。探索領域Ａ１は、長方形状の領域である。探索領域Ａ１は、Ｘ軸方向に延びる２つの仮想的な長辺ＬＳ１，ＬＳ２と、Ｙ軸方向に延びる２つの仮想的な短辺ＳＳ１，ＳＳ２とで囲まれる領域である。Ｘ軸方向に延びる２つの長辺ＬＳ１，ＬＳ２のうち一方の長辺ＬＳ１は車両２０の所定位置Ｐ２を通過し、他方の長辺ＬＳ２は車両２０よりも進行方向に位置する。探索領域Ａ１は、車両２０から車両２０の走行する走行経路Ｒの延びる方向に拡がる領域である。

探索領域Ａ１のＸ軸方向の寸法、及び探索領域Ａ１のＹ軸方向の寸法はセンサ３１による障害物の検出可能範囲内で任意の値を設定することができる。本実施形態であれば、センサ３１によって測定される距離から障害物の検出を行うため、センサ３１による測定可能距離の範囲内で探索領域Ａ１のＸ軸方向の寸法、及び探索領域Ａ１のＹ軸方向の寸法は設定される。

探索領域Ａ１のＸ軸方向の寸法は、走行経路Ｒの延びる方向に交差する方向に対して障害物の探索をどこまで行うかにより定められている。探索領域Ａ１のＸ軸方向の寸法は、例えば、車両２０が走行すると想定される場所によって異なり、部屋のレイアウトや、道路の幅等によって異なる。自律走行体１０の走行する場所が予め定まっている場合、探索領域Ａ１のＸ軸方向の寸法は、場所に応じて予め設定された固定値であってもよい。自律走行体１０の走行する場所が定まっていない場合、制御装置３２は、走行する場所に応じて探索領域Ａ１のＸ軸方向の寸法を変更してもよい。

探索領域Ａ１のＹ軸方向の寸法は、車両２０の走行経路Ｒの延びる方向に対して障害物の探索をどこまで行うかにより定められている。本実施形態では、所定位置Ｐ２から目標点Ｐ１までのＹ軸方向の距離を探索領域Ａ１のＹ軸方向の寸法、即ち、探索領域Ａ１の短辺ＳＳ１，ＳＳ２の寸法としている。探索領域Ａ１のＹ軸方向の寸法は、例えば、障害物の検出から障害物を回避可能な位置まで車両２０を移動させるのに要する時間等に応じて設定される。なお、障害物の回避に関して目標点Ｐ１については必ずしも長辺ＬＳ２上に設ける必要はなく、車両２０の回避時の俊敏性と目標追従性を考慮して適宜位置をずらして設定させてもよい。

探索領域Ａ１は、走行経路Ｒを間に挟んで位置する第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２を備える。第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２は、走行経路ＲからＸ軸方向に拡がる領域である。第１領域Ａ１１は、走行経路Ｒと短辺ＳＳ１との間の領域である。第２領域Ａ１２は、走行経路Ｒと短辺ＳＳ２との間の領域である。

制御装置３２による障害物の検出は、センサ３１の検出結果から行われる。制御装置３２は、センサ３１から測定結果を取得する。制御装置３２は、例えば、レーザーが当たった複数の照射点のうち、所定範囲内のものについては同一の障害物に当たった点群とみなす。制御装置３２は、探索領域Ａ１内に位置する点群を障害物として検出する。制御装置３２は、点群を構成する照射点の相対座標から障害物の相対座標を認識することができる。

ステップＳ１の判定の結果、探索領域Ａ１内に障害物が存在しない場合、制御装置３２は回避制御を終了する。一方で、ステップＳ１の判定の結果、探索領域Ａ１内に障害物が存在する場合、制御装置３２はステップＳ２の処理を行う。ステップＳ１の処理を行うことで、制御装置３２は、障害物判定部となる。

制御装置３２は、ステップＳ２において、探索領域Ａ１内に回避可能領域ＡＡが存在するか否かを判定する。まず、制御装置３２は、探索領域Ａ１内の回避可能領域ＡＡを探索する。回避可能領域ＡＡの探索は、例えば、図４に矢印Ｙ１で示すように基準軸Ｂを中心として、探索領域Ａ１内を時計回りに探索した後に、矢印Ｙ２で示すように反時計回りに探索領域Ａ１内を探索することで行われる。回避可能領域ＡＡは、障害物からＸ軸方向に車両２０を回避させることが可能な領域である。回避可能領域ＡＡは、例えば、車両２０が障害物とＸ軸方向に並んだときに、障害物との距離を所定値以上に保った状態で、Ｙ軸方向に進行可能な空間を示す。なお、所定値とは、センサ３１の検出精度や、障害物が移動体である可能性を考慮した上で、障害物と車両２０との接触を抑止できるように設定されている。

制御装置３２は、探索領域Ａ１内で、障害物からＸ軸方向への寸法が閾値以上の空間を回避可能領域ＡＡと判断する。Ｘ軸方向は、水平方向のうち走行経路Ｒに直交する方向である回避方向である。なお、閾値とは、車両２０と障害物との距離を所定値以上に保った状態で車両２０が走行可能な寸法に基づき設定されている。図５に示す例では、探索領域Ａ１内に１つの障害物Ｏ１が存在する。制御装置３２は、障害物Ｏ１と探索領域Ａ１の各短辺ＳＳ１，ＳＳ２との間のＸ軸方向の寸法を測定する。障害物Ｏ１と探索領域Ａ１の短辺ＳＳ１との間の空間、及び障害物Ｏ１と探索領域Ａ１の短辺ＳＳ２との間の空間のそれぞれは、Ｘ軸方向への寸法が閾値以上である回避可能領域ＡＡとなる。図５に示す例では、探索領域Ａ１内に存在する障害物Ｏ１が１つのみのため、障害物Ｏ１と探索領域Ａ１の短辺ＳＳ１，ＳＳ２との間のＸ軸方向への寸法から回避可能領域ＡＡが探索領域Ａ１内に存在するかを判定している。探索領域Ａ１内に複数の障害物が存在する場合、障害物同士の間のＸ軸方向への寸法によって障害物同士の間に回避可能領域ＡＡが存在するか否かが判定される。なお、探索領域Ａ１内に複数の障害物が存在する場合、障害物同士の間の水平方向に対する最短距離から障害物同士の間に回避可能領域ＡＡが存在するか否かが判定されてもよい。この場合、回避方向とは、水平方向のうち走行経路Ｒに交差している方向であればよく、回避方向とＸ軸方向とは一致していなくてもよい。

図３に示すように、ステップＳ２の判定の結果、探索領域Ａ１内に回避可能領域ＡＡが存在しない場合、制御装置３２はステップＳ１０の処理を行う。ステップＳ２の判定の結果、探索領域Ａ１内に回避可能領域ＡＡが存在する場合、制御装置３２はステップＳ３の処理を行う。ステップＳ２の処理を行うことで、制御装置３２は、探索部となる。

図３及び図５に示すように、ステップＳ３において、制御装置３２は、回避行動を行う場合に用いる１つの回避可能領域ＡＡを選択する。回避行動とは、車両２０の進行方向を回避可能領域ＡＡに向かうように変更することで、車両２０を走行経路Ｒから離間させて障害物を回避させることである。以下、回避行動を行う場合に用いる回避可能領域ＡＡを回避領域ＳＡと称する。探索領域Ａ１内に複数の回避可能領域ＡＡが存在する場合、制御装置３２は、センサ３１から回避可能領域ＡＡのＸ軸方向の中央Ｃまでの距離を算出する。制御装置３２は、センサ３１から中央Ｃまでの距離が最も短い回避可能領域ＡＡ、即ち、車両２０から最も近い回避可能領域ＡＡを回避領域ＳＡとして選択する。制御装置３２は、回避可能領域ＡＡが１つの場合、当該回避可能領域ＡＡを回避領域ＳＡとして選択する。図５に示す例では、障害物Ｏ１のＸ軸方向の両側に存在する回避可能領域ＡＡのうち第２領域Ａ１２側の回避可能領域ＡＡが回避領域ＳＡとなる。

次に、ステップＳ４において、制御装置３２は、進行方向変更領域Ａ２内に障害物が存在しているか否かを判定する。進行方向変更領域Ａ２は、車両２０に回避行動を行わせるか否かを判定するために設定された領域である。なお、以下の説明において、進行方向変更領域Ａ２を変更領域Ａ２と称する。変更領域Ａ２は、探索領域Ａ１内の領域である。変更領域Ａ２は、長方形状の領域である。変更領域Ａ２は、Ｘ軸方向に延びる２つの仮想的な長辺ＬＳ３，ＬＳ４と、Ｙ軸方向に延びる２つの仮想的な短辺ＳＳ３，ＳＳ４とで囲まれる領域である。Ｘ軸方向に延びる２つの長辺ＬＳ３，ＬＳ４のうち一方の長辺ＬＳ３は所定位置Ｐ２を通過し、他方の長辺ＬＳ４は車両２０よりも進行方向に位置する。変更領域Ａ２は、車両２０から走行経路Ｒの延びる方向に拡がる領域といえる。

変更領域Ａ２は、探索領域Ａ１よりも狭い。なお、「狭い」とは、ＸＹ平面での変更領域Ａ２の面積が探索領域Ａ１よりも小さいことをいう。変更領域Ａ２のＹ軸方向の寸法は、探索領域Ａ１のＹ軸方向の寸法より短い。変更領域Ａ２のＸ軸方向の寸法は、探索領域Ａ１のＸ軸方向の寸法より短い。

変更領域Ａ２のＹ軸方向の寸法、即ち、変更領域Ａ２の短辺ＳＳ３，ＳＳ４の寸法により、車両２０が回避行動を開始する際の回避開始距離が定まる。制御装置３２は、車両２０と障害物とのＹ軸方向の離間距離が変更領域Ａ２のＹ軸方向の寸法未満になったことを契機として回避行動を開始する。

変更領域Ａ２のＸ軸方向の寸法により、回避行動を行う際の回避距離が定まる。回避距離とは、車両２０と障害物とのＸ軸方向の間隔である。変更領域Ａ２のＸ軸方向の寸法は、車両２０のＸ軸方向の最長の寸法よりも長い寸法であり、車両２０のＸ軸方向の寸法と変更領域Ａ２のＸ軸方向の寸法の差分から回避距離が定まる。

ステップＳ４の判定の結果、変更領域Ａ２内に障害物が存在する場合、制御装置３２はステップＳ５の処理を行う。ステップＳ４の判定の結果、変更領域Ａ２内に障害物が存在しない場合、制御装置３２はステップＳ６の処理を行う。

図３及び図６に示すように、ステップＳ５において、制御装置３２は、車両２０に回避行動を行わせる。制御装置３２は、駆動機構４１を制御することで車両２０の進行方向を回避領域ＳＡに向かうように変更する。車両２０は、回避領域ＳＡに向けて進行する。回避行動は、走行経路Ｒ上から回避領域ＳＡに向けて、車両２０を走行経路Ｒに対して斜めに走行させることで行われる。回避行動を行うと、車両２０のＸ座標は、走行経路ＲのＸ座標から遠ざかっていくことになり、車両２０は走行経路Ｒから離間することになる。詳細にいえば、車両２０の所定位置Ｐ２が走行経路ＲからＸ軸方向に離間していくことになる。走行経路Ｒは、回避行動を行わない場合に車両２０が走行する経路といえる。このように、変更領域Ａ２内に障害物が存在する場合、障害物を回避するように車両２０は走行することになる。変更領域Ａ２は、検出した障害物に対して、実際に回避行動を行うか否かの判定を行うための領域といえる。探索領域Ａ１内に障害物が存在している場合であっても、変更領域Ａ２内に障害物が存在しない場合には回避行動は行われず、変更領域Ａ２内に障害物が存在している場合に回避行動が行われる。ステップＳ４及びステップＳ５の処理を行うことで、制御装置３２は進行方向変更部となる。

ステップＳ６において、制御装置３２は車両２０に走行経路Ｒを走行させる。詳細にいえば、制御装置３２は、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合には車両２０が走行経路Ｒを走行している状態を維持する。また、制御装置３２は、図７に示すように車両２０が回避行動を終えることで、変更領域Ａ２内に障害物が存在しなくなると、車両２０を走行経路Ｒに復帰させる。

図３に示すように、ステップＳ５又はステップＳ６の処理を終えると、制御装置３２は、回避制御を終えて、次の制御周期の回避制御に移行する。ステップＳ４にて障害物が存在していると判定されている間は、ステップＳ５にて回避行動が行われることになる。一方、車両２０が障害物を通過し、障害物が変更領域Ａ２内に存在しなくなると、ステップＳ４にて障害物が存在しないと判定されることになり、制御装置３２は車両２０に走行経路Ｒを走行させる。ステップＳ４にて障害物が存在していると判定された次の制御周期では、ステップＳ２において車両２０の回避行動中に探索領域Ａ１内の回避可能領域ＡＡが探索されることになる。ステップＳ４にて障害物が存在していないと判定された次の制御周期では、ステップＳ２において車両２０が走行経路Ｒを走行中に探索領域Ａ１内の回避可能領域ＡＡが探索されることになる。以下、車両２０が走行経路Ｒを走行中に行われる回避可能領域ＡＡの探索と、車両２０の回避行動中に行われる回避可能領域ＡＡの探索について詳細に説明を行う。

図６に示すように、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合、制御装置３２は走行経路Ｒを軸として線対称となるように変更領域Ａ２を設定する。同様に、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合、制御装置３２は、走行経路Ｒを軸として線対称となるように探索領域Ａ１を設定する。車両２０が走行経路Ｒを走行している場合、変更領域Ａ２及び探索領域Ａ１のＸ軸方向の中心は走行経路Ｒになるといえる。

図７に示すように、回避行動により車両２０が走行経路Ｒから離間している場合、制御装置３２は車両２０に追従して変更領域Ａ２を走行経路Ｒから離間させる。変更領域Ａ２は、車両２０を基準として設定された領域といえる。回避行動により車両２０が走行経路Ｒから離間している場合、制御装置３２は走行経路Ｒを軸として線対称となるように探索領域Ａ１を設定する。探索領域Ａ１は、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合であっても、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合であっても同一位置に設定されるといえる。探索領域Ａ１は、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合には所定位置Ｐ２をＸ軸方向の中心とする領域であり、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合には所定位置Ｐ２とＹ座標が同一でありＸ座標が走行経路Ｒ上に位置する基準位置Ｐ３をＸ軸方向の中心とする領域といえる。基準位置Ｐ３は、所定位置Ｐ２から走行経路Ｒに垂線を引いた場合に垂線と走行経路Ｒとが交わる点ともいえる。

図６及び図７に示すように、第１領域Ａ１１のＸ軸方向に対する寸法を第１寸法Ｌ１とし、第２領域Ａ１２のＸ軸方向に対する寸法を第２寸法Ｌ２とする。また、第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２のうち、車両２０が回避行動を行う際に走行経路Ｒから離れる方向に位置する領域を走行領域とする。図６及び図７に示す例では、車両２０は走行経路Ｒから第２領域Ａ１２側に移動するため、第２領域Ａ１２が走行領域となる。走行領域とは、第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２のうち、回避行動を行っている車両２０の所定位置Ｐ２が位置する領域ともいえる。

走行領域となる第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２は、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合と、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合で同一である。本実施形態では、第１領域Ａ１１の第１寸法Ｌ１についても、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合と、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合で同一である。制御装置３２は、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合であっても探索領域Ａ１のＸ軸方向の中心を走行経路Ｒからずらさないことで、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合における第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２に上限値を設けているといえる。本実施形態では、第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２の上限値は、車両２０が走行経路Ｒを走行中の場合における第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２である。なお、上記した例では、走行領域として第２領域Ａ１２を挙げて説明したが、第１領域Ａ１１が走行領域となる場合には第１領域Ａ１１の第１寸法Ｌ１について同様のことが行われる。即ち、走行領域となる第１領域Ａ１１の第１寸法Ｌ１は、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合と、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合で同一にされる。車両２０が走行経路Ｒから離間している場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法は、車両２０が走行経路Ｒを走行中の場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法以上であり、かつ、予め定められた上限値以下といえる。

ステップＳ１０において、制御装置３２は、変更領域Ａ２内に障害物が存在するか否かを判定する。ステップＳ１０の判定の結果、変更領域Ａ２内に障害物が存在する場合、制御装置３２はステップＳ１１の処理を行う。ステップＳ１０の判定の結果、変更領域Ａ２内に障害物が存在していない場合、制御装置３２は回避制御を終了する。

ステップＳ１１において、制御装置３２は、車両２０を停止させる。即ち、制御装置３２は、変更領域Ａ２内に障害物が存在し、かつ、回避可能領域ＡＡが探索領域Ａ１内に存在しない場合、車両２０を停止させる。

次に、制御装置３２は、ステップＳ１２において、新たな走行経路Ｒを生成する。この際、制御装置３２は、地図情報に加えて、センサ３１により検出できる障害物の情報から走行経路Ｒを生成する。制御装置３２は、地図情報による構造物の座標、及び障害物の座標から車両２０が障害物を回避しながら最終到達点に到着できるように走行経路Ｒを生成する。なお、前述したように、センサ３１の検出結果から制御装置３２が認識することのできる障害物の座標は、センサ３１を原点とする相対座標である。制御装置３２は、自己位置推定を行っており、地図情報上での自己位置を推定している。制御装置３２は、自己位置と障害物の相対座標から障害物の地図情報上での座標を認識することができる。なお、自己位置の推定は、モータ４２の回転数を用いて自己移動量を推定するオドメトリを用いて行われてもよいし、ランドマークと地図情報とのマッチング結果から行われてもよい。また、これらを組み合わせて自己位置を推定してもよい。ステップＳ１２の処理を行うことで、制御装置３２は経路生成部となる。

なお、制御装置３２は、障害物により車両２０を停止させた場合、通信Ｉ／Ｆ３５を介して通信端末に車両２０が停止した旨の報知を行う。この際、制御装置３２は、通信端末を介して、検出した障害物の位置情報を地図情報に登録するか否かを自律走行体１０の使用者に問い合わせる。自律走行体１０の使用者は、通信端末を介して障害物の位置情報を地図情報に登録するか否かの回答を行う。障害物の位置情報を地図情報に登録する旨の指令を受信した場合、制御装置３２は障害物の座標を地図情報に登録する。

上記したように、障害物判定部、探索部、進行方向変更部、及び経路生成部は、制御装置３２が予め定められたプログラムに従い動作することで機能する機能要素として実現されている。

実施形態の作用について説明する。
制御装置３２は、探索領域Ａ１内に障害物が存在する場合であっても、障害物が変更領域Ａ２内に存在しない場合には車両２０に回避行動を行わせない。制御装置３２は、障害物が変更領域Ａ２内に存在している場合、車両２０に回避行動を行わせる。

車両２０の回避行動が行われる際には車両２０が走行経路Ｒから離間する。この際、走行経路Ｒからの車両２０の離間とともに走行領域のＸ軸方向に対する寸法を大きくしていくと、走行経路Ｒから過剰に離れた位置にある回避可能領域ＡＡが探索されるおそれがある。例えば、図８に示すように、実施形態で記載した障害物Ｏ１よりも走行経路Ｒの下流に３つの障害物Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４が存在しいているとする。４つの障害物Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４同士のＸ軸方向の離間距離は、回避可能領域ＡＡを判定するための閾値未満である。従って、４つの障害物Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４同士の間には回避可能領域ＡＡが存在していない。障害物Ｏ２は、障害物Ｏ１よりも走行経路Ｒの下流であり、かつ、障害物Ｏ１よりも第２領域Ａ１２側に走行経路Ｒから離間している。障害物Ｏ３は、障害物Ｏ２よりも走行経路Ｒの下流であり、かつ、障害物Ｏ２よりも第２領域Ａ１２側に走行経路Ｒから離間している。障害物はＯ４、障害物Ｏ３よりも走行経路Ｒの下流であり、かつ、障害物Ｏ３よりも第２領域Ａ１２側に走行経路Ｒから離間している。４つの障害物Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４は、走行経路Ｒの下流に向けて、走行経路Ｒから第２領域Ａ１２側に離れるように位置しているといえる。このように配置された障害物Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４が存在する位置を自律走行体１０が走行する場合であって、かつ、車両２０に追従して探索領域Ａ１が移動したとする。図８に一点鎖線で示すように、障害物Ｏ１を回避するために車両２０が走行経路Ｒから第２領域Ａ１２側に走行し、車両２０に追従して探索領域Ａ１が移動すると、走行領域となる第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２は車両２０が走行経路Ｒから離れるにつれて大きくなっていく。すると、障害物Ｏ１を回避した後には、障害物Ｏ４のＸ軸方向の両側のうち走行経路Ｒから離れた位置に存在する回避可能領域ＡＡが探索されるおそれがある。結果として、車両２０は走行経路Ｒから過剰に離れた回避可能領域ＡＡに向かうことになり、車両２０が走行経路Ｒから過剰に離れてしまうおそれがある。車両２０が走行経路Ｒから過剰に離れると、自律走行体１０の使用者が意図しない位置に車両２０が進行してしまうおそれがあるため、車両２０が走行経路Ｒから過剰に離れることを抑制することが好ましい。

図８に二点鎖線で示すように、本実施形態では車両２０が走行経路Ｒから離間している場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法に上限値を設けている。車両２０が走行経路Ｒから離間しても、回避可能領域ＡＡが探索される範囲は制限されることになる。図８に示す例でいえば、仮に、障害物Ｏ４のＸ軸方向に回避可能領域ＡＡとなり得る空間が存在していたとしても、回避可能領域ＡＡは探索領域Ａ１内で探索されるため、障害物Ｏ４のＸ軸方向には回避可能領域ＡＡが存在しないと判定される。従って、制御装置３２は、回避可能領域ＡＡが存在しないと判定された時点で車両２０を停止させることになる。

実施形態の効果について説明する。
（１）探索領域Ａ１内に障害物が存在する場合であっても、障害物が変更領域Ａ２内に存在しない場合には自律走行体１０は障害物の回避を行わない。障害物が変更領域Ａ２内に存在している場合、自律走行体１０は回避可能領域ＡＡに向かうように回避行動を行う。障害物を検出した場合でも、探索領域Ａ１よりも狭い変更領域Ａ２内に障害物が存在しない限りは回避行動が行われないため、無駄な回避行動を抑制することができる。また、走行領域のＸ軸方向に対する寸法に上限値を設定することで、車両２０が走行経路Ｒから過剰に離れることを抑制できる。

（２）車両２０が走行経路Ｒから離間している場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法の上限値は、車両２０が走行経路Ｒを走行中の場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法としている。車両２０が走行経路Ｒを走行している場合と、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合で走行領域のＸ軸方向に対する寸法が同一になる。従って、車両２０が走行経路Ｒから過剰に離れることを更に抑制することができる。

（３）制御装置３２は、探索領域Ａ１に回避可能領域ＡＡが存在しない場合には、新たな走行経路Ｒを生成する。このため、車両２０の走行が維持されやすい。車両２０が停止した場合に、自律走行体１０の使用者が車両２０を移動させたり、車両２０を再度走行させる手間を省くことができる。また、センサ３１により検出できる障害物を回避するように走行経路Ｒを生成することで、障害物により車両２０の走行が阻害されることを抑制できる。

（４）変更領域Ａ２のＸ軸方向の寸法により回避距離は定まり、変更領域Ａ２のＹ軸方向の寸法により回避開始距離は定まる。変更領域Ａ２のＸ軸方向の寸法、及び、変更領域Ａ２のＹ軸方向の寸法を個別に設定することで、回避距離と回避開始距離とを独立して制御することができる。

（５）制御装置３２は、回避行動を終えた後には走行経路Ｒに戻る。このため、生成された走行経路Ｒに沿って車両２０を走行させることができる。障害物を回避する度に新たな走行経路Ｒを生成する場合に比べて、制御装置３２の負荷が軽減される。

（６）制御装置３２は、車両２０に回避行動を行わせる場合、最も近い回避可能領域ＡＡを通過させる。このため、走行距離を短くすることができ、走行の効率化を図ることができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○図９に示すように、走行領域のＸ軸方向に対する寸法の上限値は、車両２０が走行経路Ｒを走行中の場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法に所定値を加算した値であってもよい。ここでの所定値としては、車両２０が回避行動を行うことで走行経路Ｒから離間する場合であっても、走行領域のＸ軸方向に対する寸法が過剰に大きくならないように設定されている。即ち、車両２０が走行経路Ｒから過剰に離れないように所定値は設定されている。

図９に示す例では、第２領域Ａ１２が走行領域になる。車両２０が走行経路Ｒから離間している場合における第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２は、車両２０が走行経路Ｒを走行している場合における第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２よりも大きくなる。そして、第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２のうち走行領域とならない第１領域Ａ１１の第１寸法Ｌ１は、第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２が大きくなった分だけ小さくなる。言い換えれば、探索領域Ａ１の全体が、車両２０が走行経路Ｒから離れた方向に対して所定値だけ移動しているといえる。この場合であっても、走行領域のＸ軸方向に対する寸法に上限値を設定しない場合に比べて、車両２０が走行経路Ｒから過剰に離れることを抑制することができる。このように、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法は、予め定められた上限値以下であれば車両２０が走行経路Ｒを走行中の場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法より大きくてもよい。なお、車両２０が走行経路Ｒから離間している場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法を、車両２０が走行経路Ｒを走行中の場合における走行領域のＸ軸方向に対する寸法より大きくした場合であっても、走行領域とならない領域のＸ軸方向に対する寸法は変更しなくてもよい。

○制御装置３２は、車両２０を停止させた後に新たな走行経路Ｒを生成しなくてもよい。この場合、車両２０は停止した状態に維持される。
○制御装置３２は、通信Ｉ／Ｆ３５を介して自律走行体１０の使用者に報知等を行わなくてもよい。この場合、自律走行体１０は、通信Ｉ／Ｆ３５を備えていなくてもよい。

○制御装置３２は、車両２０が回避行動を行っている場合、第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２のうち走行領域とは異なる領域のＸ軸方向に対する寸法を小さくしてもよい。車両２０が回避行動を行っている場合、第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２のうち走行領域とは異なる領域から車両２０が離間する。結果として、第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２のうち走行領域とは異なる領域の一部が、センサ３１による障害物の検出可能範囲から外れるおそれがある。この場合には、制御装置３２は、第１領域Ａ１１及び第２領域Ａ１２のうち走行領域とは異なる領域のＸ軸方向に対する寸法を小さくしてもよい。

○制御装置３２は、探索領域Ａ１内に複数の回避可能領域ＡＡが存在する場合、いずれの回避可能領域ＡＡを回避領域ＳＡとしてもよい。例えば、制御装置３２は、複数の回避可能領域ＡＡのうち車両２０から最も遠い回避可能領域ＡＡを回避領域ＳＡとして選択してもよい。

○探索領域Ａ１内に複数の回避可能領域ＡＡが存在する場合、制御装置３２は、回避可能領域ＡＡのＸ軸方向の端までの距離から最も近い回避可能領域ＡＡを判断してもよい。即ち、複数の回避可能領域ＡＡで、センサ３１からの距離を算出する基準位置が同一であれば、中央Ｃ以外の箇所までの距離から最も近い回避可能領域ＡＡを判断してもよい。

○走行経路Ｒは、最終到達点より前の位置までの経路であってもよい。
○制御装置３２は、走行経路Ｒの生成を行わなくてもよい。この場合、制御装置３２は、予め定められた走行経路Ｒに沿って車両２０を走行させる。

○図１に示すように、制御装置３２は、車両２０の進行方向の反対方向に拡がる判定領域Ａ３と走行経路Ｒとの間に障害物が存在しない場合に、車両２０が回避領域ＳＡを通過したと判定してもよい。これによれば、制御装置３２は、回避領域ＳＡを通過したことの判定を行える。そして、回避領域ＳＡを通過したと判定したあとに車両２０を走行経路Ｒに戻すことで、車両２０と障害物との接触を抑止することができる。即ち、判定領域Ａ３は、回避行動を行った後に車両２０を走行経路Ｒに戻す際のマージンとして機能することになる。

○センサ３１としては、水平方向に加えて、鉛直方向へのレーザーの照射角度を変更可能なレーザーレンジファインダを用いてもよい。この場合、照射点の座標としては、Ｘ座標及びＹ座標に加えて、鉛直方向の座標であるＺ座標を含む三次元座標が得られる。制御装置３２は、Ｚ座標が所定座標以下の照射点を有効なものとし、この照射点のＸ座標及びＹ座標から障害物の検出を行う。所定座標とは、走行に際して車両２０や、車両２０に搬送される荷が衝突し得る高さに位置する障害物を検出できるように設定される。

○センサ３１として、ステレオカメラを用いてもよい。ステレオカメラは、複数のカメラによって周辺環境を撮像することで得られた視差画像から周辺環境を制御装置３２に認識させる。視差画像は、同一の特徴点について複数のカメラによって撮像を行った場合に、カメラ間で生じる画素差を示すものである。特徴点は、物体のエッジなど視差が得られる部分である。制御装置３２は、視差画像から特徴点までの距離を測定できる。制御装置３２は、特徴点の集合である点群から障害物を検出することができる。また、センサ３１としては、ミリ波レーダー等を用いてもよい。即ち、センサ３１としては、車両２０と障害物との相対座標を制御装置３２に認識させることが可能であれば、どのようなものであってもよい。

○制御装置３２は、走行領域のＸ軸方向に対する寸法に上限値を設ける制御と、走行領域のＸ軸方向に対する寸法に上限値を設けない制御と、を切り替えられるようにしてもよい。

○探索領域Ａ１のＹ軸方向の寸法は、車両２０の速度が速いほど長くしてもよい。これによれば、車両２０の速度が速いほど、車両２０の先の位置まで回避可能領域ＡＡを探索することができる。車両２０の速度が速い場合、障害物を検出してから障害物に到達するまでの時間が短い。障害物及び回避可能領域ＡＡをいち早く検出することで、適切に回避行動を行うことができる。同様に、変更領域Ａ２のＹ軸方向の寸法についても、車両２０の速度が速いほど長くしてもよい。

○探索領域Ａ１のＹ軸方向の寸法、及び探索領域Ａ１のＸ軸方向の寸法は、地図情報に応じて可変としてもよい。
○回避可能領域ＡＡを判定するための閾値は、車両２０の速度が速いほど大きくしてもよい。

○探索領域Ａ１の形状は変更してもよい。例えば、長辺ＬＳ１から車両２０の進行方向に向けて円形に拡がる形状であってもよい。同様に、変更領域Ａ２の形状を変更してもよい。なお、探索領域Ａ１の形状を変更した場合、第１領域Ａ１１の第１寸法Ｌ１は、第１領域Ａ１１のＸ軸方向に対する寸法のうち最大の寸法であり、第２領域Ａ１２の第２寸法Ｌ２は、第２領域Ａ１２のＸ軸方向に対する寸法のうち最大の寸法である。

○車輪２２は、全方向移動車輪以外の車輪、即ち、車輪２２の回転軸線方向への移動を許容しない車輪であってもよい。この場合、車輪を２つとし、２つの車輪の回転速度を異ならせることで操舵を行う二輪速度差制御により車両２０の進行方向を変更してもよい。あるいは、車輪毎に個別の操舵機構を設けて、車輪毎に個別の操舵を行うことで進行方向を変更可能としてもよい。

○自律走行体１０は、荷を搬送する搬送台車に限られず、自律掃除機などでもよい。
○走行体は、車輪で走行する車両２０に限られず、例えば、多足歩行方式の走行体であってもよい。

Ａ１…探索領域、Ａ２…進行方向変更領域、ＡＡ…回避可能領域、Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４…障害物、Ｒ…走行経路、１０…自律走行体、２０…走行体としての車両、３１…センサ、３２…障害物判定部、探索部、進行方向変更部、及び経路生成部としての制御装置。

Claims (3)

1. 走行経路を走行する走行体と、
   前記走行体に搭載されたセンサと、
   前記センサの検出結果から、前記走行体から前記走行経路の延びる方向に拡がる探索領域内に障害物が存在するか否かを判定する障害物判定部と、
   水平方向のうち前記走行経路に交差する方向を回避方向とすると、前記障害物判定部により前記探索領域内に前記障害物が存在すると判定された場合、前記障害物から前記回避方向に前記走行体を回避させることが可能な回避可能領域が存在するか否かを探索する探索部と、
   前記探索領域内で前記走行体から前記走行体の進行方向に拡がる領域であって前記探索領域よりも狭い進行方向変更領域内に前記障害物が存在している場合、前記走行体の進行方向を前記回避可能領域に向かうように変更することで、前記走行体を前記走行経路から離間させて前記走行体に回避行動を行わせる進行方向変更部と、を備え、
   前記探索領域は、前記走行経路から前記回避方向に拡がる領域であって前記走行経路を間に挟んで位置する第１領域及び第２領域を備え、
   前記第１領域及び前記第２領域のうち、前記走行体が前記回避行動を行う際に前記走行経路から離れる方向に位置する領域を走行領域とすると、前記走行体が前記走行経路から離間している場合における前記走行領域の前記回避方向に対する寸法は、前記走行体が前記走行経路を走行中の場合における前記走行領域の前記回避方向に対する寸法以上であり、かつ、予め定められた上限値以下である自律走行体。
2. 前記上限値は、前記走行体が前記走行経路を走行中の場合における前記走行領域の前記回避方向に対する寸法である請求項１に記載の自律走行体。
3. 前記探索部により前記回避可能領域が存在していないと判定された場合であり、かつ、前記進行方向変更領域内に前記障害物が存在している場合に、新たな前記走行経路を生成する経路生成部を備える請求項１又は請求項２に記載の自律走行体。

Images