JP2013058043A - 移動体の走行制御装置、走行制御方法、走行制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体が外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制する技術を提供する。
【解決手段】自立走行ロボット１の走行を制御する走行制御部６は、進行方向側に存在する外部環境と、基準点Aと、の間の距離を計測して複数の距離データを生成する距離データ生成部６０と、複数の距離データのうち、基準点Aから見て進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、複数の距離データのうち、基準点Aから見て進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出部６１と、自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAを決定する旋回角決定部６２と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動体の走行制御装置、走行制御方法、走行制御プログラムに関する。

この種の技術として、特許文献１は、移動体の走行制御装置を開示している。この走行制御装置は、移動体の周りに存在する障害物までの距離を所定角度間隔で全方位にわたって逐次計測するレンジファインダを備えている。そして、走行制御装置は、レンジファインダから得られた距離データに基づいて、移動体が通過可能な領域を生成し、移動体の車速及び舵角制御を行っている。これにより、移動体は、障害物との衝突を回避しながら走行することが可能となっている。

特開平３−２９０１０号公報

しかし、上記特許文献１の走行制御装置では、移動体が通過可能な領域を生成するために大量の距離データを用いているので、計算コストが高い。

本願発明の目的は、移動体が外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制する技術を提供することにある。

本願発明の第１の観点によれば、移動体の走行を制御する走行制御装置であって、前記移動体の移動体本体に対して相対的に位置固定された単一の基準点が設定されており、前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記基準点と、の間の距離を計測して複数の距離データを生成する距離データ生成手段と、前記複数の距離データのうち、前記基準点から見て前記移動体の進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、前記複数の距離データのうち、前記基準点から見て前記移動体の進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出手段と、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定手段と、を備える、移動体の走行制御装置が提供される。

ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。

以上の構成によれば、前記右側最短距離データD_minRと前記左側最短距離データD_minLの２つの距離データだけで前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAが決定されるので、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制することができる。

また、好ましくは、前記距離データ生成手段は、前記複数の距離データを前記移動体の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する。以上の構成によれば、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAを決定するに際し、前記移動体の進行方向正面に位置する前記外部環境ほど優先的に考慮されることになる。前記移動体の進行方向正面から大きく外れた外部環境は前記移動体の走行を阻害することがそもそもないので、この構成を採用しても前記移動体は問題なく走行することができるし、前記移動体を必要以上に旋回させることが減るので前記移動体の走行が簡素になる。

本願発明の第２の観点によれば、移動体の走行を制御する走行制御方法であって、前記移動体の移動体本体に対して相対的に位置固定された単一の基準点が設定されており、前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記基準点と、の間の距離を計測して複数の距離データを生成する距離データ生成ステップと、前記複数の距離データのうち、前記基準点から見て前記移動体の進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、前記複数の距離データのうち、前記基準点から見て前記移動体の進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出ステップと、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定ステップと、を含む、移動体の走行制御方法が提供される。

ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。

以上の方法によれば、前記右側最短距離データD_minRと前記左側最短距離データD_minLの２つの距離データだけで前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAが決定されるので、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制することができる。

また、コンピュータに、上記の走行制御方法を実行させるための走行制御プログラムが提供される。

本願発明の第３の観点によれば、移動体の走行を制御する走行制御装置であって、前記移動体の移動体本体に対して相対的に位置固定された右側基準点及び左側基準点が設定され、前記右側基準点は、前記左側基準点と比較して、前記移動体の進行方向を見たときに右側となるように位置しており、前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記右側基準点と、の間の距離を計測して複数の右側距離データを生成し、前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記左側基準点と、の間の距離を計測して複数の左側距離データを生成する距離データ生成手段と、前記複数の右側距離データのうち、最も小さい右側距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、前記複数の左側距離データのうち、最も小さい左側距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出手段と、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定手段と、を備える、移動体の走行制御装置が提供される。

ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。

以上の構成によれば、前記右側最短距離データD_minRと前記左側最短距離データD_minLの２つの距離データだけで前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAが決定されるので、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制することができる。また、前記右側最短距離データD_minRや前記左側最短距離データD_minLを生成するに際し、前記外部環境を分類せず連続的に取り扱うことになるので、前記旋回角θ_RAがステップ状に変化してしまう問題を解決することができる。

また、好ましくは、前記距離データ生成手段は、前記複数の右側距離データを前記移動体の進行方向正面であるほど小さくなるように補正し、前記複数の左側距離データを前記移動体の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する。以上の構成によれば、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAを決定するに際し、前記移動体の進行方向正面に位置する前記外部環境ほど優先的に考慮されることになる。前記移動体の進行方向正面から大きく外れた外部環境は前記移動体の走行を阻害することがそもそもないので、この構成を採用しても前記移動体は問題なく走行することができるし、前記移動体を必要以上に旋回させることが減るので前記移動体の走行が簡素になる。

本願発明の第４の観点によれば、移動体の走行を制御する走行制御方法であって、前記移動体の移動体本体に対して相対的に位置固定された右側基準点及び左側基準点が設定され、前記右側基準点は、前記左側基準点と比較して、前記移動体の進行方向を見たときに右側となるように位置しており、前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記右側基準点と、の間の距離を計測して複数の右側距離データを生成し、前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記左側基準点と、の間の距離を計測して複数の左側距離データを生成する距離データ生成ステップと、前記複数の右側距離データのうち、最も小さい右側距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、前記複数の左側距離データのうち、最も小さい左側距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出ステップと、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定ステップと、を含む、移動体の走行制御方法が提供される。

ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。

以上の方法によれば、前記右側最短距離データD_minRと前記左側最短距離データD_minLの２つの距離データだけで前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAが決定されるので、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制することができる。また、前記右側最短距離データD_minRや前記左側最短距離データD_minLを生成するに際し、前記外部環境を分類せず連続的に取り扱うことになるので、前記旋回角θ_RAがステップ状に変化してしまう問題を解決することができる。

また、コンピュータに、上記の走行制御方法を実行させるための走行制御プログラムが提供される。

本願発明によれば、前記右側最短距離データD_minRと前記左側最短距離データD_minLの２つの距離データだけで前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAが決定されるので、前記移動体が前記外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制することができる。

図１は、多数の障害物と向き合う自立走行ロボットの平面図である。（第１実施形態） 図２は、自立走行ロボットの機能ブロック図である。（第１実施形態） 図３は、自立走行ロボットの制御フローである。（第１実施形態） 図４は、LRFが全方位測距している様子をイメージした平面図である。（第１実施形態） 図５は、LRFによって生成された距離データ（重み付け補正前）を示すグラフである。（第１実施形態） 図６は、重み付け補正を説明するためのグラフである。（第１実施形態） 図７は、LRFによって生成された距離データ（重み付け補正後）を示すグラフである。（第１実施形態） 図８は、自立走行ロボットの旋回方向を示す平面図である。（第１実施形態） 図９は、第１実施形態の改善点を説明するための平面図である。（第２実施形態） 図１０は、第１実施形態の改善点を説明するための平面図である。（第２実施形態） 図１１は、自立走行ロボットの右側基準点と左側基準点を説明するための平面図である。（第２実施形態） 図１２は、自立走行ロボットの右側基準点（又は左側基準点）から障害物までの距離の演算方法を説明するための図である。（第２実施形態） 図１３は、自立走行ロボットの旋回方向を示す平面図である。（第２実施形態）

（第１実施形態）
以下、図１〜８を参照して、本願発明の第１実施形態を説明する。

（自立走行ロボット１の構成）
先ず、図１及び図２を参照して、自立走行ロボット１（移動体）の構成を説明する。

図１及び図２に示すように、自立走行ロボット１は、ロボット本体２（移動体本体）と、右輪３と、左輪４と、LRF５（Laser Range Finder）と、走行制御部６（走行制御装置）と、を備えて構成されている。右輪３と左輪４は、ロボット本体２の両側面２ａに回転自在に取り付けられている。LRF５は、ロボット本体２の前面２ｂに取り付けられている。走行制御部６は、ロボット本体２内に収容されている。そして、自立走行ロボット１は、右輪３と左輪４を同じ回転数で回転させることで直進し、異なる回転数で回転させることで旋回する形式となっている。

図１において、自立走行ロボット１の進行方向側には、外部環境としての障害物ａ、障害物ｂ、障害物ｃ、障害物ｄ、障害物ｅが存在している。走行制御部６は、自立走行ロボット１が障害物ａ〜ｅの間をすり抜けながら走行するように自立走行ロボット１の走行を制御するものである。図２に示すように、走行制御部６は、CPU５０（Central Processing Unit）、RAM５１（Random Access Memory）、ROM５２（Read Only Memory）、モータドライバ５３、右輪用モータ５４（右輪駆動手段）、左輪用モータ５５（左輪駆動手段）を備えて構成されている。ROM５２には、走行制御プログラムが予め記憶されている。この走行制御プログラムは、自立走行ロボット１の電源投入後にCPU５０に読み込まれ、CPU５０上で実行されることで、CPU５０等のハードウェアに、距離データ生成部６０（距離データ生成手段）、最短距離抽出部６１（最短距離抽出手段）、旋回角決定部６２（旋回角決定手段）、走行輪制御部６３（走行輪制御手段）としての機能を発揮させるようになっている。

図１に示すように、自立走行ロボット１には、自立走行ロボット１のロボット本体２に対して相対的に位置固定された単一の基準点Aが設定されている。本実施形態では、基準点Aは、平面視でLRF５の先端に相当している。

LRF５は、自立走行ロボット１の進行方向側の全方位に平面視で例えば５度間隔で測距用レーザL（図４参照）を照射することで、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する障害物ａ等の外部環境と、LRF５自体と、の間の距離と計測するものである。

距離データ生成部６０は、LRF５を用いて、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する障害物ａ等の外部環境と、基準点Aと、の間の距離を計測して複数の距離データを生成する。距離データ生成部６０は、生成した複数の距離データを自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する。距離データ生成部６０は、補正した複数の距離データをRAM５１に保存する。

最短距離抽出部６１は、RAM５１から複数の距離データを読み込んだ上で、複数の距離データのうち、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する。最短距離抽出部６１は、抽出した右側最短距離データD_minR及び左側最短距離データD_minLをRAM５１に保存する。

旋回角決定部６２は、RAM５１から右側最短距離データD_minRと左側最短距離データD_minLを読み込んだ上で、自立走行ロボット１が障害物ａ等の外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する。ただし、下記式（１）において、ｐ(x)はp(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。旋回角決定部６２は、決定した旋回角θ_RAをRAM５１に保存する。

走行輪制御部６３は、RAM５１から旋回角θ_RAを読み込んだ上で、旋回角θ_RAに基づいて旋回指令をモータドライバ５３に出力する。

モータドライバ５３は、走行輪制御部６３から受信した旋回指令に基づいて、右輪用モータ５４と左輪用モータ５５の回転数を制御する。これにより、自立走行ロボット１は、所望の旋回角θ_RA分だけ旋回することになる。

（自立走行ロボット１の作動）
次に、図３〜８を参照して、自立走行ロボット１の作動を詳しく説明する。

図３において、自立走行ロボット１の電源を投入すると（S300）、走行制御部６は、自立走行ロボット１が予め定められた目的地へ向かうように、直進走行指令をモータドライバ５３に出力する。これにより、自立走行ロボット１は、直進走行を開始する（S310）。

（距離データ生成ステップ：S320〜S330）
次に、距離データ生成部６０は、LRF５を用いて、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する障害物ａ等の外部環境と、基準点Aと、の間の距離を計測して複数の距離データを生成する（S320）。即ち、図４に示すように、LRF５は、自立走行ロボット１の進行方向側（前方）の全方位に平面視で例えば５度間隔で測距用レーザLを照射することで、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する障害物ａ等の外部環境と、LRF５自体（即ち、基準点A）、の間の距離を計測する。LRF５は、計測結果である複数の距離データD_rawと、距離データD_raw毎の測距用レーザLの照射角度θ_Lと、を距離データ生成部６０に出力する。距離データ生成部６０は、複数の距離データD_rawと、各距離データD_rawに対応する照射角度θ_Lと、を関連付けてテーブル形式でRAM５１に保存する。図５には、RAM５１に保存されている、距離データD_rawと、各距離データD_rawに対応する照射角度θ_Lと、の関係を折れ線グラフ形式で示している。図５において、横軸は照射角度θ_L[deg.]であり、自立走行ロボット１の進行方向を基準に左側を正とし右側を負としている。縦軸は距離データD_rawである。

次に、距離データ生成部６０は、RAM５１から複数の距離データD_rawと照射角度θ_Lを読み込んだ上で、照射角度θ_Lに基づいて、複数の距離データD_rawを自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する（S330）。図６には、重み付け補正関数W(θ_L)をグラフ形式で示している。図６において、横軸は照射角度θ_L[deg.]であり、自立走行ロボット１の進行方向を基準に左側を正とし右側を負としている。縦軸は重み付け補正関数W(θ_L)である。重み付け補正関数W(θ_L)は、W(0)=１であり、下に凸の偶関数である。従って、重み付け補正関数W(θ_L)は、例えば、W(θ_L)=kθ²+1(ただし、k>0)や、W(θ_L)=1/cosθ、W(θ_L)=1/cos²θとして定義される。従って、距離データD_rawに重み付け補正関数W(θ_L)を掛けることで、距離データD_rawは、自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正される。換言すれば、距離データD_rawは、自立走行ロボット１の進行方向正面から外れるほど大きくなるように補正される。補正後の距離データD_rawである補正後距離データD_weightを図７に折れ線グラフ形式で示す。図７において、横軸は照射角度θ_L[deg.]であり、自立走行ロボット１の進行方向を基準に左側を正とし右側を負としている。縦軸は補正後距離データD_weightである。注目すべきは、図１に示すように障害物ａよりも自立走行ロボット１の近くに存在している障害物ｂが、図７では障害物ａよりも自立走行ロボット１から遠い存在として捉えられている点である。距離データ生成部６０は、複数の補正後距離データD_weightをRAM５１に保存する。

（最短距離抽出ステップ：S340）
次に、最短距離抽出部６１は、RAM５１から複数の補正後距離データD_weightを読み込んだ上で、複数の補正後距離データD_weightのうち、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい補正後距離データD_weightを右側最短距離データD_minRとして抽出する（S340）。

即ち、図７において、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向右側に分類される補正後距離データD_weightは、照射角度θ_Lがマイナスである領域に属する補正後距離データD_weightである。図７の例では、複数の補正後距離データD_weightのうち、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい補正後距離データD_weightは、障害物ｃと関連した補正後距離データD_weightに含まれている。最短距離抽出部６１は、その補正後距離データD_weightを右側最短距離データD_minRとして抽出し、抽出した右側最短距離データD_minRをRAM５１に保存する。

同様に、最短距離抽出部６１は、RAM５１から複数の補正後距離データD_weightを読み込んだ上で、複数の補正後距離データD_weightのうち、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい補正後距離データD_weightを左側最短距離データD_minLとして抽出する（S340）。

即ち、図７において、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向左側に分類される補正後距離データD_weightは、照射角度θ_Lがプラスである領域に属する補正後距離データD_weightである。図７の例では、複数の補正後距離データD_weightのうち、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい補正後距離データD_weightは、障害物ａと関連した補正後距離データD_weightに含まれている。最短距離抽出部６１は、その補正後距離データD_weightを左側最短距離データD_minLとして抽出し、抽出した左側最短距離データD_minLをRAM５１に保存する。

（旋回角算出ステップ：S350）
次に、旋回角決定部６２は、RAM５１から右側最短距離データD_minRと左側最短距離データD_minLを読み込んだ上で、自立走行ロボット１が障害物ａ等の外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する（S350）。

本実施形態の旋回角決定部６２は、具体的には、自立走行ロボット１が障害物ａ等の外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAを、上記式（１）を具体化した下記式（２）に基づいて決定する。詳しくは、上記式（１）において、p(x)=xとし、q(x,y)=xyとしている。

上記式（１）及び式（２）に共通して言えることは、第１に、右側最短距離データD_minRと左側最短距離データD_minLとの差が大きい場合は、大きな旋回角θ_RAとすること、第２に、右側最短距離データD_minRと左側最短距離データD_minLの少なくとも何れか一方でも小さい場合は、差し迫った外部環境との衝突を回避すべく大きな旋回角θ_RAとすること、である。

なお、旋回角θ_RAの正負の定義を逆にすれば、上記式（１）においてｐ（D_minL-D_minR）は、ｐ（D_minR-D_minL）とすべきことは言うまでもない。この点、上記式（１）では、旋回角θ_RAについて左旋回を正としているが、このことは説明の便宜を図っただけのものであり、左旋回と右旋回の何れを正にするかは、任意に設定することができる。即ち、旋回角θ_RAについては左旋回を正にしなければならないという特段の事情はなく、本願明細書において、旋回角θ_RAについて左旋回を正とした事実によっては、本願に開示の技術は何ら限定されることはない。

さて、次に、旋回角決定部６２は、決定した旋回角θ_RAをサチュレーションフィルタにかけることで、旋回角θ_RAの絶対値が過大とならないよう、必要に応じて旋回角θ_RAを補正する。

そして、旋回角決定部６２は、旋回角θ_RAをRAM５１に保存する。

（旋回ステップ：S360）
次に、走行輪制御部６３は、RAM５１から旋回角θ_RAを読み込んだ上で、旋回角θ_RAに基づいて旋回指令をモータドライバ５３に出力する（S360）。モータドライバ５３は、走行輪制御部６３から受信した旋回指令に基づいて、右輪用モータ５４と左輪用モータ５５の回転数を制御する。これにより、自立走行ロボット１は、図８において太線矢印で示すように、所望の旋回角θ_RA分だけ旋回することになる。

詳しくは、自立走行ロボット１は、自立走行ロボット１の走行を全く妨害しないという理由で自立走行ロボット１の進行方向正面から大きく外れている障害物ｂの存在は無視し、障害物ａと障害物ｃとの距離に基づいて旋回する（図５〜７参照）。図８の例では、障害物ｃの方が障害物ａよりも自立走行ロボット１の近くに位置しているが、図７に示すように補正後の段階では障害物ａの方が障害物ｃよりも自立走行ロボット１の近くに位置しているものとして取り扱う。従って、障害物ａから遠ざかるように、即ち自立走行ロボット１は進行方向右側へと旋回することになる（上記式（１）の関数ｐを参照）。このとき、障害物ａも障害物ｃも自立走行ロボット１から相当遠くに位置しているので、自立走行ロボット１は差し迫って急旋回する必要はなく、図８に示すように自立走行ロボット１は進行方向右側へと滑らかに旋回することになる（上記式（１）の関数ｑを参照）。

次に、走行制御部６は、自立走行ロボット１が目的地に到達したか判定する（S370）。走行制御部６は、自立走行ロボット１がもう目的地に到達したと判定したら（S370:YES）、走行停止指令をモータドライバ５３に出力して、自立走行ロボット１を停止させる（S380）。一方、走行制御部６は、自立走行ロボット１がまだ目的地に到達していないと判定したら（S370:NO）、処理をS320に戻す。

以上の本願発明の第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は、要するに、以下の特長を有している。

即ち、自立走行ロボット１（移動体）の走行を制御する走行制御部６（走行制御装置）は、以下のように構成されている。即ち、自立走行ロボット１には、自立走行ロボット１のロボット本体２（移動体本体）に対して相対的に位置固定された単一の基準点Aが設定されている。自立走行ロボット１は、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する外部環境（障害物ａ等）と、基準点Aと、の間の距離を計測して複数の距離データ（距離データD_raw又は補正後距離データD_weightに相当。）を生成する距離データ生成部６０（距離データ生成手段）と、複数の距離データのうち、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、複数の距離データのうち、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出部６１（最短距離抽出手段）と、自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定部６２（旋回角決定手段）と、を備える。ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。以上の構成によれば、右側最短距離データD_minRと左側最短距離データD_minLの２つの距離データだけで自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAが決定されるので、自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制することができる。

また、距離データ生成部６０は、複数の距離データD_rawを自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する。以上の構成によれば、自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAを決定するに際し、自立走行ロボット１の進行方向正面に位置する外部環境ほど優先的に考慮されることになる。自立走行ロボット１の進行方向正面から大きく外れた外部環境は自立走行ロボット１の走行を阻害することがそもそもないので、この構成を採用しても自立走行ロボット１は問題なく走行することができるし、自立走行ロボット１を必要以上に旋回させることが減るので自立走行ロボット１の走行が簡素になる。

なお、上記第１実施形態において、距離データ生成部６０は、複数の距離データD_rawを自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正することとしたが、この補正は必ずしも必須の処理ではなく、任意に採用され得る処理であることを付言しておく。

以上に本願発明の好適な第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は、以下のように変更することができる。

即ち、上記第１実施形態において自立走行ロボット１は、右輪３の回転数と左輪４の回転数に差を設けることで旋回する形式となっているが、これに代えて、右輪３や左輪４の向きを変える構成を採用することができる。この場合、旋回角θ_RAは、操舵角として解釈することになる。

また、上記第１実施形態では、移動体の一例として自立走行ロボット１を取り上げたが、移動体は、自立走行するものであっても自立走行せずに操縦者によって操縦されるものであってもよい。移動体が操縦者によって操縦されるものである場合は、移動体は、移動体の走行が操縦者による操縦によって支配される通常走行モードと、操縦者による操縦の支配を脱して、代わりに走行制御部６の走行制御によって支配される回避モードと、を切り替え可能に有することが好ましい。また、移動体と障害物との距離に応じて、通常走行モードから回避モードへ自動的に切り替わるように構成することが好ましい。一例として、移動体と障害物との距離が所定値を下回ったときに、通常走行モードから回避モードへ自動的に切り替わるようにした構成が挙げられる。

また、自立走行ロボット１と障害物との間の距離に応じて停止するようにしてもよい。また、自立走行ロボット１が旋回する際は、走行速度を意図的に落とす制御が考えられる。

（第２実施形態）
次に、図９〜１３を参照しつつ、本願発明の第２実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。

（上記第１実施形態の課題）
図９及び図１０に示すように、基準点Aから見て自立走行ロボット１の進行方向に一致する線を自立走行ロボット１の正面線Cと定義すると、場合によっては、図９のように正面線Cの左側に位置していた障害物ｆが、図１０のように正面線Cを時折跨ぐ可能性がある。この場合、図９の状態では、正面線Cの右側には何ら障害物がないので、自立走行ロボット１は右側へ大きな旋回角θ_RAで旋回しようとするが、自立走行ロボット１が何らかの弾みで蛇行するなどして図１０のように障害物ｆが正面線Cを跨ぐと、自立走行ロボット１の旋回角θ_RAの絶対値は急に小さくなる。このように自立走行ロボット１の旋回角θ_RAがステップ状に変化すると、自立走行ロボット１の滑らかな走行を著しく阻害する。

そこで、第２実施形態では、図１１に示すように、自立走行ロボット１のロボット本体２に対して相対的に位置固定された右側基準点AR及び左側基準点ALが設定されている。右側基準点ARは、左側基準点ALと比較して、自立走行ロボット１の進行方向を見たときに右側となるように位置する。端的に言えば、自立走行ロボット１の進行方向で見たときに、右側基準点ARは正面線Cの右側に、左側基準点ALは正面線Cの左側に、位置している。好ましくは、自立走行ロボット１の進行方向で見たときに、右側基準点ARと左側基準点ALは、正面線Cを基準に左右対称となっている。換言すれば、右側基準点ARと左側基準点ALは、自立走行ロボット１のロボット本体２の中心から進行方向に引いた線を基準として左右対称となっている。本実施形態において、右側基準点ARは、平面視で、正面線Cに対して垂直な方向で正面線Cから自立走行ロボット１の進行方向右側に離れる方向で、LRF５から距離ｈ分、離れた位置に設定されている。また、左側基準点ALは、平面視で、正面線Cに対して垂直な方向で正面線Cから自立走行ロボット１の進行方向左側に離れる方向で、LRF５から距離ｈ分、離れた位置に設定されている。従って、右側基準点ARと左側基準点ALは、正面線Cに対して直交する方向に距離２ｈ分、離れている。換言すれば、右側基準点ARと左側基準点ALは、正面線Cに対して直交する方向に同じ距離、離れている。

そして、図１２に示すように、距離データ生成部６０は、LRF５を用いて、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する外部環境と、右側基準点ARと、の間の距離を計測して右側距離データD_rawRを生成し、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する外部環境と、左側基準点ALと、の間の距離を計測して左側距離データD_rawLを生成する。次に、距離データ生成部６０は、複数の右側距離データD_rawRを自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正し、複数の左側距離データD_rawLを自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する。距離データ生成部６０は、補正した右側距離データD_rawRと、補正した左側距離データD_rawLと、をRAM５１に保存する。

ここで、図１２を参照して、LRF５を用いた、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する外部環境と、右側基準点ARと、の間の距離の計測方法について説明する。先ず、上記第１実施形態と同様にして、LRF５を用いて、LRF５と障害物ｇまでの距離である距離データD_rawを計測する。そして、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する外部環境と、右側基準点ARと、の間の距離である右側距離データD_rawRは、余弦定理である下記式（３）で求める。なお、下記式（３）において、照射角度θ_Lの定義は、上記第１実施形態と同様である。

同じように、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する外部環境と、左側基準点ALと、の間の距離である左側距離データD_rawLは、余弦定理である下記式（４）で求める。なお、下記式（４）において、照射角度θ_Lの定義は、上記第１実施形態と同様である。

最短距離抽出部６１は、RAM５１から複数の右側距離データD_rawRを読み込んだ上で、複数の右側距離データD_rawRのうち、最も小さい右側距離データD_rawRを右側最短距離データD_minRとして抽出する。同様に、最短距離抽出部６１は、RAM５１から複数の左側距離データD_rawLを読み込んだ上で、複数の左側距離データD_rawLのうち、最も小さい左側距離データD_rawLを左側最短距離データD_minLとして抽出する。最短距離抽出部６１は、抽出した右側最短距離データD_minR及び左側最短距離データD_minLをRAM５１に保存する。

旋回角決定部６２や走行輪制御部６３等については、上記第１実施形態と同様であるから、それらの説明は省略する。

図１３には、本実施形態における自立走行ロボット１の走行の様子を示している。図１３に示すように、本実施形態における自立走行ロボット１も、問題なく、障害物ｆとの衝突を回避するように旋回することになる。

以上に本願発明の第２実施形態を説明したが、第２実施形態は、要するに、以下の特長を有している。

即ち、自立走行ロボット１の走行を制御する走行制御部６は、以下のように構成されている。自立走行ロボット１には、自立走行ロボット１のロボット本体２に対して相対的に位置固定された右側基準点AR及び左側基準点ALが設定されている。右側基準点ARは、左側基準点ALと比較して、自立走行ロボット１の進行方向を見たときに右側となるように位置している。自立走行ロボット１は、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する外部環境と、右側基準点ARと、の間の距離を計測して複数の右側距離データD_rawRを生成し、自立走行ロボット１の進行方向側に存在する外部環境と、左側基準点ALと、の間の距離を計測して複数の左側距離データD_rawLを生成する距離データ生成部６０と、複数の右側距離データD_rawRのうち、最も小さい右側距離データD_rawRを右側最短距離データD_minRとして抽出し、複数の左側距離データD_rawLのうち、最も小さい左側距離データD_rawLを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出部６１と、自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定部６２と、を備える。ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。以上の構成によれば、右側最短距離データD_minRと左側最短距離データD_minLの２つの距離データだけで自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAが決定されるので、自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避しながら走行するのに必要となる計算コストを抑制することができる。また、右側最短距離データD_minRや前記左側最短距離データD_minLを生成するに際し、外部環境を分類せず連続的に取り扱うことになるので、旋回角θ_RAがステップ状に変化してしまう問題を解決することができる。

また、距離データ生成部６０は、複数の右側距離データD_rawRを自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正し、複数の左側距離データD_rawLを自立走行ロボット１の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する。以上の構成によれば、自立走行ロボット１が外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RAを決定するに際し、自立走行ロボット１の進行方向正面に位置する外部環境ほど優先的に考慮されることになる。自立走行ロボット１の進行方向正面から大きく外れた外部環境は自立走行ロボット１の走行を阻害することがそもそもないので、この構成を採用しても自立走行ロボット１は問題なく走行することができるし、自立走行ロボット１を必要以上に旋回させることが減るので自立走行ロボット１の走行が簡素になる。

１ 自立走行ロボット
２ ロボット本体
３ 右輪
４ 左輪
５ LRF
６ 走行制御部（走行制御装置）

Claims (8)

1. 移動体の走行を制御する走行制御装置であって、前記移動体の移動体本体に対して相対的に位置固定された単一の基準点が設定されており、
   前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記基準点と、の間の距離を計測して複数の距離データを生成する距離データ生成手段と、
   前記複数の距離データのうち、前記基準点から見て前記移動体の進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、前記複数の距離データのうち、前記基準点から見て前記移動体の進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出手段と、
   前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定手段と、
   を備える、
   移動体の走行制御装置。
   

   

   ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。
2. 請求項１に記載の移動体の走行制御装置であって、
   前記距離データ生成手段は、前記複数の距離データを前記移動体の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する、
   移動体の走行制御装置。
3. 移動体の走行を制御する走行制御方法であって、前記移動体の移動体本体に対して相対的に位置固定された単一の基準点が設定されており、
   前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記基準点と、の間の距離を計測して複数の距離データを生成する距離データ生成ステップと、
   前記複数の距離データのうち、前記基準点から見て前記移動体の進行方向右側に分類されるものであって、最も小さい距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、前記複数の距離データのうち、前記基準点から見て前記移動体の進行方向左側に分類されるものであって、最も小さい距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出ステップと、
   前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定ステップと、を含む、
   移動体の走行制御方法。
   

   

   ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。
4. コンピュータに、請求項３に記載の移動体の走行制御方法を実行させるための走行制御プログラム。
5. 移動体の走行を制御する走行制御装置であって、前記移動体の移動体本体に対して相対的に位置固定された右側基準点及び左側基準点が設定され、前記右側基準点は、前記左側基準点と比較して、前記移動体の進行方向を見たときに右側となるように位置しており、
   前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記右側基準点と、の間の距離を計測して複数の右側距離データを生成し、前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記左側基準点と、の間の距離を計測して複数の左側距離データを生成する距離データ生成手段と、
   前記複数の右側距離データのうち、最も小さい右側距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、前記複数の左側距離データのうち、最も小さい左側距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出手段と、
   前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定手段と、
   を備える、
   移動体の走行制御装置。
   

   

   ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。
6. 請求項５に記載の移動体の走行制御装置であって、
   前記距離データ生成手段は、前記複数の右側距離データを前記移動体の進行方向正面であるほど小さくなるように補正し、前記複数の左側距離データを前記移動体の進行方向正面であるほど小さくなるように補正する、
   移動体の走行制御装置。
7. 移動体の走行を制御する走行制御方法であって、前記移動体の移動体本体に対して相対的に位置固定された右側基準点及び左側基準点が設定され、前記右側基準点は、前記左側基準点と比較して、前記移動体の進行方向を見たときに右側となるように位置しており、
   前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記右側基準点と、の間の距離を計測して複数の右側距離データを生成し、前記移動体の進行方向側に存在する外部環境と、前記左側基準点と、の間の距離を計測して複数の左側距離データを生成する距離データ生成ステップと、
   前記複数の右側距離データのうち、最も小さい右側距離データを右側最短距離データD_minRとして抽出し、前記複数の左側距離データのうち、最も小さい左側距離データを左側最短距離データD_minLとして抽出する、最短距離抽出ステップと、
   前記移動体が前記外部環境との衝突を回避するのに必要となる旋回角θ_RA（ただし、左旋回を正とする。）を下記式（１）に基づいて決定する旋回角決定ステップと、を含む、
   移動体の走行制御方法。
   

   

   ただし、ｐ(x)は、p(0)=0で、且つ、ｘについて単調増加な奇関数であり、ｑ(x,y)はx>0、y>0でｑ(x,y)>0となり、且つ、ｘ、ｙ夫々について単調増加となる関数である。
8. コンピュータに、請求項７に記載の移動体の走行制御方法を実行させるための走行制御プログラム。

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