JPH04358209A - 障害物回避装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファジィ制御を利用し
て、静止もしくは移動中の物体のような障害物との衝突
の危険度を判定し、それに基づいて衝突回避動作を行う
障害物回避装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファジィ制御を利用して衝突危険度を判
定し、それによって衝突回避を自動化することは、船舶
の衝突回避システムとして提案されている（「オートメ
ーション」第３３巻第６号）。この衝突回避システムは
、二つの船の最接近点（ＣＰＡ）における二船間の距離
（最接近距離ＤＣＰＡ）、及び二つの船がＣＰＡに至る
までの時間（最接近時間ＴＣＰＡ）という２つの量から
、ファジィ推論則に従って衝突危険度を求め、それに基
づいて自動的に衝突回避動作を行うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
衝突回避システムは、船舶のようにほぼ直線的に進むも
のを対象としたものであり、本質的に船とは異なる動き
をする移動物、例えばロボットや自動搬送車のように、
頻繁に且つ急角度で方向を変えるものを対象として、壁
や机等の障害物に対する衝突回避動作を行うことには適
用し難く、実用的でもない。更に、上記の衝突回避シス
テムで用いられる、衝突危険度を判定して衝突を回避す
る手法は、船舶のようにほぼ直線的に進むものを対象に
したアルゴリズムであって、例えば工場内にある自動搬
送車が、自動搬送車の存在に気付かずに歩いている人間
を回避するというような、限られた範囲でランダムに方
向や速度を変える移動障害物の回避には適用できない。

【０００４】また、最接近距離とか最接近時間を求め、
それらを台集合としてメンバシップ関数を与えてファジ
ィ推論を行うというように、仮想空間を用いて衝突危険
度を求め、それを基にして制御指令を求めるため、設計
や製造に直接関与した者以外の第三者（使用者等）にと
っては、どのような状況で、どのような判定が行われる
かが把握しにくい。従って、使用者等が回避制御の手順
を変更したり調整したい場合に取り扱いが難しい。

【０００５】一方、ロボットや自動搬送車については、
複雑なアルゴリズムを用いて衝突を回避するものが知ら
れているが、いずれにしても、アルゴリズムが複雑なた
め、第三者（使用者など）が衝突危険度の判定基準を変
更したい場合等に取り扱うのが困難である。

【０００６】従って、本発明の目的は、ロボットや自動
搬送車、或は飛行機のように、船舶よりも頻繁に且つ急
角度で方向を変えることが多い移動物に対しても適用で
きると共に、複雑なアルゴリズムを用いることなく、使
用者に理解し易く、調整し易い回避制御動作を実現する
障害物回避装置を提供することである。

【０００７】本発明のもう１つの目的は、限られた範囲
でランダムに進行方向や速度を変える移動障害物を回避
する制御アルゴリズムを備えた障害物回避装置を提供す
ることである。

【０００８】更に、本発明のもう１つの目的は、複数個
の移動障害物に対しても的確な回避動作を実現する回避
制御アルゴリズムを備えた障害物回避装置を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、静止もしくは
移動中の障害物を回避する動作を行う装置において、前
記障害物のある領域内にファジィ集合の適合度を表わす
ことができる多次元メンバシップ関数を設定し、該多次
元メンバシップ関数を用いて適合度を算出することによ
り、前記領域内における衝突危険度を求める衝突危険度
判定手段と、その衝突危険度の値から前記領域内を移動
する移動物が前記障害物を回避するための制御指令を生
成し出力する制御指令生成手段とを備えたことを特徴と
する。

【００１０】本発明の１つの態様では、上記の構成に加
えて、障害物及び前記移動物の位置、速度及び進行方向
に基づき所定のアルゴリズムに従って現時点より後の衝
突危険度の予測値を算出する状況予測手段が設けられ、
前記衝突危険度判定手段は、前記障害物を検出する障害
物検出部と、前記移動物の速度及び進行方向を計測する
移動物計測部と、前記移動物の速度及び進行方向に応じ
て変化する変数を含み且つ前記領域に対応して使用され
る多次元メンバシップ関数を記憶した多次元メンバシッ
プ関数記憶部と、前記移動物計測部からの計測信号に応
じて、前記多次元メンバシップ関数記憶部に格納された
多次元メンバシップ関数により適合度を演算し、前記障
害物検出部からの検出信号により前記障害物に交わる等
適合度線の値を算出する演算部と、該演算部で算出され
た適合度を当該障害物に対する衝突危険度として出力す
る衝突危険度出力部とを備え、前記制御指令生成手段は
、前記衝突危険度判定手段から出力された衝突危険度を
記憶する衝突危険度記憶部と、前記移動物の目標位置を
検出する目標位置検出部と、前記衝突危険度記憶部から
送られる現時点より前の衝突危険度、前記衝突危険度判
定手段から送られる現時点の衝突危険度、前記状況予測
手段から送られる現時点より後の衝突危険度の予測値及
び前記目標位置検出部から送られる目標位置に基づき、
所定のアルゴリズムに従って、前記障害物を回避するた
めの移動物の進行方向及び速度を算出する演算部と、該
演算部で算出された進行方向及び速度から前記制御指令
を生成する制御指令出力部とを備えて構成される。

【００１１】本発明の更に別の態様では、前記移動物は
、２次元平面で表わされる領域内を移動する物体から成
り、前記多次元メンバシップ関数は、前記領域内に曲線
形状の等適合度線を表わす３次元メンバシップ関数であ
り、前記衝突危険度判定手段は、前記物体の速度と進行
方向に応じて変化する等適合度線により前記領域におけ
る衝突危険度を決定し、前記制御指令生成手段は、現時
点より所定時間前の過去の衝突危険度、現時点の衝突危
険度、及び現時点から所定時間後の予測衝突危険度を得
て、それら３つの衝突危険度の値から総合評価値を求め
、該総合評価値と予測衝突危険度と目標位置の方向から
前記障害物を回避する物体の進行方向とを求め、制御指
令として出力することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によれば、多次元メンバシップ関数を用
いて適合度を演算することで、移動物が進入しようとす
る領域内における衝突危険度が求められる。

【００１３】また、危険領域内にある障害物を検出する
ことにより、当該障害物に対する適合度の値を衝突危険
度とし、それに基づいて衝突を回避するように移動物の
速度及び進行方向を調整することができる。

【００１４】本発明は、移動物が２次元平面で表わされ
る領域を移動する走行車の衝突回避のために衝突の危険
性を的確に判定する手段として好適であるが、飛行機の
ように３次元空間を自在に移動するものの衝突回避にも
適用することができる。

【００１５】

【実施例】図１は、実施例の障害物回避装置の構成を示
すブロック図である。

【００１６】この装置の構成は、障害物のある領域内に
おける衝突危険度を求める衝突危険度判定手段１と、こ
れによって求められた衝突危険度の値から前記障害物を
回避するための制御指令を出力する制御指令出力手段２
と、移動物に関する情報及びこれが進行する領域内にあ
る障害物に関する情報から状況を予測する状況予測手段
３とに分けられる。

【００１７】衝突危険度判定手段１は、移動物が進行す
る領域内にある障害物に関する情報を得るための手段と
して、障害物の位置、速度及び進行方向（一定の目標方
向に対する角度）を検出する障害物検出部１１と、その
検出信号を演算処理のためのディジタル信号に変換する
信号変換部１２とを備えると共に、移動物に関する情報
を得るための手段として、当該移動物の位置、速度及び
旋回角度を計測する計測部１３と、その計測信号を演算
処理のための信号に変換する信号変換部１４とを備える
。更に、後述の多次元メンバシップ関数を記憶した多次
元メンバシップ関数記憶部１５と、前記移動物計測部１
３からの計測信号に応じて、前記多次元メンバシップ関
数記憶部１５に格納された多次元メンバシップ関数によ
り適合度を演算し、前記障害物検出部１１からの検出信
号により障害物に交わる等適合度線の値を算出する演算
部１６と、この演算部１６で算出された最大適合度を当
該障害物に対する衝突危険度として出力する衝突危険度
出力部１７とを備える。

【００１８】上記の衝突危険度判定手段１において、障
害物検出部１１は、例えば、平面上を移動する車両に対
する障害物に対して、光によりその障害物の大きさや位
置等を検出する画像センサで構成される。また、信号変
換部１２は、障害物検出部１１から送られた障害物に関
する信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器で構
成される。また、移動物計測部１３は、例えば、平面上
を移動する車両に搭載した速度計等の計測器で構成され
る。信号変換部１４は、それらの計測器に組み込まれる
か或は外付けのＡ／Ｄ変換器で構成される。

【００１９】メンバシップ関数記憶部１５は、後述のよ
うに移動物の速度及び進行方向に応じて変化する変数を
含み且つ障害物の進行しようとする領域に対して設定さ
れる多次元メンバシップ関数を記憶するメモリで構成さ
れる。

【００２０】演算部１６及び衝突危険度出力部１７は、
後述の衝突危険度判定動作を実行するようにプログラム
されたＣＰＵで構成される。

【００２１】次に、回避動作のための制御指令出力手段
２は、上記衝突危険度判定手段１の出力部１７から出力
された衝突危険度を記憶する衝突危険度記憶部２１と、
移動物の到達目標とする位置を検出する目標位置検出部
２２と、その検出信号を演算処理のための信号に変換す
る信号変換部２３と、後述のように障害物を回避するた
めのパラメータ（移動速度及び進行方向を示す角度）を
算出するアルゴリズムを格納した回避アルゴリズム記憶
部２４と、前記衝突危険度記憶部２１から送られる現時
刻より前の衝突危険度、前記衝突危険度判定手段１の出
力部１７から送られる現時点の衝突危険度、及び検出部
２２で検出される目標位置に基づき、前記回避アルゴリ
ズム記憶部２４に格納されたアルゴリズムに従って障害
物を回避するためのパラメータを算出する演算部２５と
、この演算部２５で算出されたパラメータから障害物を
回避する動作を実現する制御指令を出力する制御指令出
力部２６とを備える。その制御指令は、移動物の移動速
度や進行方向を変更若しくは調整する信号として、当該
移動物の駆動機構に供給される。

【００２２】更に、状況予測手段３は、後述のように現
時点より後の時刻における衝突危険度（予測値）を算出
するアルゴリズムを格納した予測アルゴリズム記憶部３
１と、前記衝突危険度判定手段１から送られる障害物及
び移動物に関する情報（位置等の検出値及び計測値）に
基づき、前記予測アルゴリズム記憶部３１に格納された
アルゴリズムに従って衝突危険度の予測値を算出する演
算部３２とを備える。その予測値は、前記衝突危険度判
定手段１の演算部１６に送られる。

【００２３】なお、図１の障害物回避装置を構成する３
つの手段の各々に含まれる演算部１６、２５及び３２は
、ハードウエアとしては１つのＣＰＵで構成され、その
ＣＰＵに各演算部の演算動作を実行するプログラムが組
み込まれる。

【００２４】次に、上記の衝突危険度判定手段１におい
て衝突危険度を求める原理と方法を説明する。

【００２５】まず、移動物が進入しようとする領域に対
応する多次元メンバシップ関数を設定する。これは、以
下のような多次元メンバシップ関数の形状を決定するパ
ラメータを、状況によって異なる値に多様に変化させる
ことにより、動的な多次元メンバシップ関数として得ら
れる。

【００２６】例えば、ｘ−ｙ　直交座標及び適合度から
成る３次元空間内に、図２に示すような放物線の等適合
度線を与える３次元メンバシップ関数を考える。

【００２７】図中の記号は、以下のように定義される。 なお、簡単のため、原点を基準点（３次元メンバシップ
関数を最も簡単に記述するための中心点）とする。

【００２８】Ｆ（ｘ，ｙ，ｒｘ，ｒｙ）＝　０：等適合
度線の放物線形状を与える関数 ｔｘ＝ｆ（ｘ）：ｘ−ｔｘ面におけるつり鐘型メンバシ
ップ関数ｔｙ＝ｇ（ｙ）：ｙ−ｔｙ面におけるつり鐘型
メンバシップ関数Ｒｘ：適合度１の放物線形の等適合度
線のｘ軸方向の半径Ｒｙ：適合度１の放物線形の等適合
度線のｙ軸方向の半径ａｘ：ｘについてのファジィ・エ
ントロピーに比例するパラメータ ａｙ：ｙについてのファジィ・エントロピーに比例する
パラメータ ｒｘ：任意の点（ｘ，ｙ）　を含む等適合度線と適合度
１の等適合度線との、ｘ−ｔｘ断面上での距離 ｒｙ：任意の点（ｘ，ｙ）　を含む等適合度線と適合度
１の等適合度線との、ｙ−ｔｙ断面上での距離 ｔ：３次元メンバシップ関数によって与えられる点（ｘ
，ｙ）　の適合度 説明の便宜上、適合度ｔをｔｘ、ｔｙに分けて記述する
が、ｔ、ｔｘ、ｔｙは事実上同一の座標軸である。

【００２９】このとき、任意の点（ｘ，ｙ）　を含む等
適合度線は次のようになる。

【００３０】

【数１】

【００３１】また、ｔｘ，ｔｙについてのメンバシップ
関数は、それぞれ

【００３２】

【数２】

【００３３】

【数３】

【００３４】と表わされる。ここで、複号の−はｘが正
側の部分、＋はｘが負側の部分を表わす。

【００３５】ｘ−ｔｘ断面上およびｙ−ｔｙ断面上では
、着目する等適合度線と基準点との距離は、それぞれ　
Ｒｘ＋ｒｘ，Ｒｙ＋ｒｙ　になるので、

【００３６】

【数４】

【００３７】

【数５】

【００３８】従って、これらより

【００３９】

【数６】

【００４０】このとき、第１項と第２項の分母の　（　
）内が同じ形でないと、ｔについての陽関数には変形で
きない。そこで、

【００４１】

【数７】

【００４２】を求め、０＜ｓ＜ｓｋ　の範囲から適当な
ｓの値を選び、

【００４３】

【数８】

【００４４】となるｄｘ，ｄｙを求める。すなわち、

【
００４５】

【数９】 ｄｘ＝Ｒｘ−ａｘｓ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・（９）

【００４６】

【数１０】 ｄｙ＝Ｒｙ−ａｙｓ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・（１０）を求め、等適合度線の関数
を次式のように変形する。

【００４７】

【数１１】

【００４８】ここで、複号の−はｘが正側の部分、＋は
ｘが負側の部分を表わす。

【００４９】

【数１２】

【００５０】この式の幾何学的な意味を図４に示す。本
来の放物線に対し、直線部分を付加して近似した形状で
あることを表わしている。（１２）式より

【００５１】

【数１３】

【００５２】但し、｜ｘ｜＜　ｄｘ　のとき　ｘ　＝　
ｄｘ　，｜ｙ｜＜　ｄｙ　のときｙ　＝　ｄｙとして計
算する。

【００５３】また、図２のように、着目する等適合度線
が適合度１の放物線の外側にある場合、｛　　｝内は正
の値になる。

【００５４】同様にして、着目する等適合度線が適合度
１の放物線の内側にある場合にも、全く同じ式が得られ
る。但し、この場合、任意の点（ｘ，ｙ）　が近似した
等適合度線の直線部分に存在するときは｜ｘ｜＜ｄｘか
つ｜ｙ｜＜ｄｙで、｛　　｝内は正の値になり、放物線
部分にあるときは｛　　｝内は負の値になる。

【００５５】適合度１の放物線の内側（又は外側）が一
様に適合度１の領域になる場合は、上記の条件によって
判断し、値を与える。

【００５６】一方、上記の３次元放物線メンバシップ関
数を用いる代わりに、従来型のメンバシップ関数を放物
線形の等適合度線で合成することによっても、上記の３
次元放物線メンバシップ関数を用いた場合と同様の効果
が得られる。以下、そのための合成演算について説明す
る。

【００５７】まず、適合度１の放物線の外側においてｘ
，ｙの適合度は

【００５８】

【００５９】同様に、適合度１の放物線の内側について
は

【００６０】

【００６１】従って、これらより次式のような合成演算
式が得られる。

【００６２】（ｉ）　先端側（ｙ＜０）　の場合

【００
６３】

【数１４】

【００６４】（ｉｉ）逆側（ｙ＞０）　の場合

【００６
５】

【数１５】

【００６６】◇は合成演算（例えば、代数積）を示す記
号である。

【００６７】複号の意味は、＋が適合度１の放物線の外
側、−が適合度１の放物線の内側である。

【００６８】但し、｜ｘ｜＜ｄｘのとき　ｔｘ　＝（ｔ
ｘ）ｘ＝ｄｘ，｜ｙ｜＜ｄｙのとき　ｔｙ　＝（ｔｙ）
ｙ＝ｄｙとして計算する。着目する合成位置が適合度１
の放物線の外側にある場合、｛　｝　内は正の値になる
。また、着目する合成位置が適合度１の放物線の内側に
ある場合、等適合度線の直線部分で合成されるときは、
｜ｘ｜＜ｄｘかつ｜ｙ｜＜ｄｙで、｛　｝　内は正の値
になり、放物線部分で合成されるときは　｛　｝内は負
の値になる。

【００６９】ｙ＞−Ｒｙ　，｜ｘ｜＜Ｒｘ（又は　ｙ＜
−Ｒｙ，｜ｘ｜＞Ｒｘ）においてｔｘ，ｔｙが一様に適
合度１になる場合は、上記の条件によって判断し、値を
与える。すなわち、適合度１の範囲においても、上記の
メンバシップ関数が存在するものと仮定して、それぞれ
の適合度を求め、合成を行なう。

【００７０】上記の合成演算式により、従来型のメンバ
シップ関数を放物線形の等適合度線で合成することがで
き、前述の３次元放物線メンバシップ関数を用いた場合
と同様の効果が得られる。すなわち、この合成演算法に
より、従来型のメンバシップ関数を演算する演算装置を
用いて、従来できなかった放物線形の境界形状を有する
ファジィ集合の設定が可能となる。

【００７１】次に、上記の３次元放物線メンバシップ関
数及び従来型のメンバシップ関数を（ｎ＋１）　次元に
拡張した場合について説明する。

【００７２】これは、図４のような楕円的放物面による
等適合度面の形成であり、以下のような　（ｎ＋１）次
元楕円メンバシップ関数と　（ｎ＋１）次元楕円合成演
算式が得られる。

【００７３】

【００７４】 但し、　０＜ｓ＜ｓｋ　，ｓｋ　＝　ｍｉｎ（Ｒｉ／ａ
ｉ）ｄｉ　＝　Ｒｉ　−ａｉｓ ｜ｘｉ｜　＜　ｄｉ　のとき　ｘｉ＝ｄｉとして計算す
る。

【００７５】｛　｝　内が正のとき、入力点外側｛　｝
　内が負のとき及び全ての｜ｘｉ｜　＜　ｄｉ　のとき
、入力点内側 （ｉ）　先端側（ｘｎ＜０）の場合

【００７６】

【数１６】

【００７７】（ｉｉ）逆側（ｘｎ＞０）の場合

【００７
８】

【数１７】

【００７９】複号の意味は、＋が適合度１の放物面の外
側、−が適合度１の放物面の内側である。

【００８０】 但し、　０＜ｓ＜ｓｋ　，ｓｋ　＝　ｍｉｎ（Ｒｉ／ａ
ｉ）ｄｉ　＝　Ｒｉ−ａｉｓ ｜ｘｉ｜＜ｄｉのときｔｉ＝（ｔｉ）ｘｉ＝ｄｉとして
計算する。

【００８１】｛　　｝内が正のとき合成位置外側｛　　
｝内が負のとき及び全ての｜ｘｉ｜＜ｄｉ　のとき、合
成位置内側 更に、３次元において極座標形式の角度を楕円合成する
と、次式のようになる。

【００８２】

【数１８】

【００８３】更に、放物線の中心の位置が（Ａ，Ｂ）、
軸の角度がφのときは、３次元メンバシップ関数の移動
により次式が得られる。

【００８４】

【数１９】

【００８５】但し、 Ｘ　＝　　（ｘ−Ａ）ｃｏｓφ＋（ｙ−Ｂ）ｓｉｎφＹ
　＝−（ｘ−Ａ）ｓｉｎφ＋（ｙ−Ｂ）ｃｏｓφψ’＝
ψ−φ 最も単純な形状として、　Ｒｘ　＝Ｒｙ＝　０，　ｓ　
＝０，φ＝０，　ｔｔｈ＝１　の場合について求めると
、

【００８６】

【数２０】

【００８７】この式で表わされるつり鐘型メンバシップ
関数の形状を図５に示す。

【００８８】また、合成演算式は

【００８９】

【００９０】複号は、ｙ　が正側のとき−を選び、ｙ　
が負側（先端側）のとき＋を選ぶ。

【００９１】同様に　（ｎ＋１）次元において最も単純
な形状を求めると、以下のようになる。

【００９２】

【００９３】複号は、ｘｎが正側のとき−を選び、ｘｎ
が負側（先端側）のとき＋を選ぶ。ここで、移動物の例
として、図６に示すように平面上を自動走行する搬送車
等の走行車４０を考える。これは、例えば方向転換用の
１個の前輪４１と駆動用の２個の後輪４２，４３とを備
えた三輪車型の車両として構成される。この走行車４０
が走行する平面をｘ−ｙ座標面で表わし、その原点を走
行車４０の前輪４１の位置に置き、走行車４０の前進す
る方向をｙ軸とする。

【００９４】この場合、走行車４０が進入しようとする
領域（２次元平面）内にある障害物との衝突の危険度は
、上記のつり鐘型の放物線メンバシップ関数（図５）で
規定される適合度で表わすことができる。すなわち、（
２０）式より、衝突危険度ｄは次のように表わされる。

【００９５】

【数２１】

【００９６】上式で Ｘ＝＋｛ｘ−ｆ（ｖ）　ｓｉｎ　θ｝ｃｏｓ　θ＋　｛
ｙ−ｆ（ｖ）　ｃｏｓ　θ｝ｓｉｎ　θ Ｙ＝−｛ｘ−ｆ（ｖ）　ｓｉｎ　θ｝ｓｉｎ　θ＋　｛
ｙ−ｆ（ｖ）　ｃｏｓ　θ｝ｃｏｓ　θ ｄ　　　　　　：衝突危険度（適合度）ｆ（ｖ）　　　
：最危険距離（危険度が１になる距離）ｆ（ｖ）　＝Ａ
ｖ　　：走行車の速度ｖに比例して危険領域を広くする
要素 ｆ（ｖ）　＝Ａｖ２　：走行車の速度ｖの２乗に比例し
て危険領域を広くする要素 Ａ　　　　　　：比例定数（例えば自動搬送車が乗せる
荷物の種類に応じて調整する場合などに使用するパラメ
ータ）θ　　　　　　：旋回角度（前輪の舵角）［右旋
回を正とする］ ａｘ，ａｙ　：危険領域の大きさを調整するパラメータ
上記の式（２１）により、走行車４０の進行しようとす
る領域における衝突危険度ｄを求めると、図７及び図８
のようになる。これらの図では、上記のような３次元放
物線メンバシップ関数を用いることにより、衝突危険度
が同一の線（等適合度線）は放物線で表わされる。また
、図示の領域内に移動する障害物５０がある場合、その
障害物５０に対する衝突危険度は、その障害物５０と交
わる等適合度線の値が（図７の場合ｄ＝　０．２、図８
の場合ｄ＝　０．４）で表わされる。

【００９７】次に、上記の移動障害物５０に対する衝突
危険度は、所定のサンプリング時間ｄｔ毎に検出される
ものとし、ある時点（現在時刻）をｔ＝ｔ０　、１回前
のサンプリング時刻をｔ＝ｔ−１とすると、図７はｔ＝
ｔ−１における衝突危険度ｄ−１を表わし、図８はｔ＝
ｔ０　における衝突危険度ｄ０　を表わす。各サンプリ
ング時刻で求められた衝突危険度は、図１の衝突危険度
記憶部２１に格納される。

【００９８】更に、現在時刻ｔ０　から１回後のサンプ
リング時刻をｔ１　とすると、図９及び図１０はｔ１　
＝ｔ０　＋ｄｔにおける衝突危険度（予測値）ｄ１　を
表わす。以下、この予測値ｄ１　を求める方法を説明す
る。

【００９９】上記の移動障害物５０は、限られた範囲内
でランダムに進行方向及び速度を変えるが、ここでは一
応、現時点ｔ＝ｔ０　における進行方向に同時点ｔ＝ｔ
０　の速度で等速直線運動をするものと仮定して、ｔ１
　＝ｔ０　＋　ｄｔにおける移動障害物５０の位置を求
める。次に、その位置を中心として、ｔ０　からｔ１　
の間の移動距離に比例した大きさの楕円形ファジィ領域
を求める。この楕円形ファジィ領域の意味は「ｔ＝ｔ１
　＝ｔ０　＋　ｄｔにおいて移動障害物５０はこの辺り
に来るだろう」という、あいまいな領域を表わすもので
ある。このとき、楕円形ファジィ領域は、次式の３次元
メンバシップ関数で与えられる。

【０１００】

【数２２】

【０１０１】上式で Ｘ＝＋　（ｘ−ｘｐ）　ｃｏｓψ＋　（ｙ−ｙｐ）　ｓ
ｉｎψＹ＝−　（ｘ−ｘｐ）　ｓｉｎψ＋　（ｙ−ｙｐ
）　ｃｏｓψｐ：「この辺りに来るだろう」というファ
ジィラベルのメンバシップ関数に対する適合度 ｘｐ　：移動障害物が等速直線運動をすると仮定した場
合のｔ＝ｔ０　＋　ｄｔにおける位置のｘ座標ｙｐ　：
移動障害物が等速直線運動をすると仮定した場合のｔ＝
ｔ０　＋　ｄｔにおける位置のｙ座標ａｐｘ，ａｐｙ：
楕円領域の大きさを決めるパラメータｖｐ　：ｔ＝ｔ０
　における移動障害物の速度ψ　　：ｔ＝ｔ０　におけ
る移動障害物の進行方向（ｘ軸に対する角度） この場合、ｔ＝ｔ０　からｔ＝ｔ０　＋　ｄｔの間に自
分（走行車４０）も等速直線運動をすると仮定している
。この自分の等速直線運動については、ｔ＝ｔ０　にお
ける速度と、ｔ＝ｔ０　における進行方向を目標到達点
に向かう方向にある特定量だけ修正した方向（角度）と
を用いる。 そして、前述のように危険領域を表わす３次元放物線メ
ンバシップ関数と、移動障害物の位置を与える３次元楕
円メンバシップ関数との重なり合う部分で適合度が最大
になる時、その最大適合度を衝突危険度の予測値ｄ１　
とする。

【０１０２】次に、上記の３つの衝突危険度、すなわち
ｔ＝ｔ−１における衝突危険度ｄ−１とｔ＝ｔ０　にお
ける衝突危険度ｄ０　とｔ＝ｔ０　＋　ｄｔにおける衝
突危険度（予測値）ｄ１　とから、総合評価値Ｄを次式
によって求める。

【０１０３】

【数２３】 　　　　　　Ｄ＝ｄ１　＋　（ｄ０・ｄ１）２　＋　（
ｄ−１　・ｄ０・ｄ１）３　　　　　　・・・（２３）
上式の第２項と第３項は、ｄ−１，ｄ０　，ｄ１　がそ
れぞれ１に近い値になる場合のみ意味のある大きな値と
なるが、危険領域を放物線メンバシップ関数によって表
わしているので、結果的に、障害物が自分の真正面に近
い位置に存在し続ける場合には、第２項と第３項が無視
できない値になる。

【０１０４】次に、衝突回避のための制御指令を求める
手順について説明する。その回避の方法は、次の２通り
ある。

【０１０５】１つは、図９に示すように、ｔ＝ｔ０　＋
　ｄｔにおいて衝突危険度の予測値ｄ１を与える点（移
動障害物の位置）Ｐが自分（走行車４０）の前を通過し
ない場合であり、もう１つは、図１０に示すように点Ｐ
が通過する場合である。前者（図９）の例では、自分は
左に向きを変えると共に速度を上げることによって障害
物の前を通過してしまう方法を取り、後者（図１０）の
例では、自分は右に向きを変えると共に速度を下げるこ
とによって障害物の後に回り込むという方法を取る。

【０１０６】なお、図７及び図８の例は、移動物が進入
しようとする領域に放物線形のメンバシップ関数を適用
した場合であるが、これに限らず、他の形状の等適合度
線を持つメンバシップ関数を用いてもよい。その例とし
て、楕円メンバシップ関数を用いた場合は、次のように
なる。

【０１０７】この場合、楕円メンバシップ関数を求める
手法は、基本的に上記の放物線の場合と同様であるので
、途中の説明は省略して結果を示す。

【０１０８】前述のように、走行車４０が走行する平面
をｘ−ｙ座標面で表わし、その原点を走行車の前輪４１
の位置に置き、走行車４０の前進する方向をｙ軸とした
場合において、走行車４０が進入しようとする領域（２
次元平面）内における衝突危険度は、図１１及び図１２
に示すような三角形型の楕円メンバシップ関数で規定さ
れる適合度で表わすことができる。すなわち、衝突危険
度ｄは次のように表わされる。

【０１０９】

【数２４】

【０１１０】Ｘ＝＋ｘ　ｃｏｓθ＋ｙ　ｓｉｎθＹ＝−
ｘ　ｓｉｎθ＋ｙ　ｃｏｓθ 上記の式（２４）により、危険領域における衝突危険度
を楕円形状の等適合度線で表わすことができる。

【０１１１】また、図１３に示すように、自分（走行車
４０）の前方の危険領域における危険度は放物線メンバ
シップ関数で評価する一方、自分の後方については、楕
円メンバシップ関数で評価することができる。

【０１１２】次に、移動障害物が複数（ｎ）個ある場合
について説明する。

【０１１３】ｉ番目（ｉ＝１，２，・・・・，ｎ）の移
動障害物を対象とした場合、自分（走行車４０）との衝
突を回避するための修正蛇角（前輪の蛇角θの修正）θ
ｉＮは、次式で与えられる。

【０１１４】

【数２５】 　　　　　　θｉＮ＝ｄｉ１・（θ±θＡ）＋　（１−
ｄｉ１）・θ０　　　　　　　　　　・・・（２５）上
式で θＡ　＝ＲＣＴ・Ｄｉ　（ＲＣＴは比例定数）θＡ　：
回避角度 θ０　：目標位置の方向角 ｄｉ１：ｉ番目の移動障害物に対する時刻ｔ１　＝ｔ０
＋　ｄｔにおける衝突危険度（予測値） Ｄｉ　：ｉ番目の移動障害物に対する衝突危険度の総合
評価値 複号±のうち、＋は右に回避する場合、−は左に回避す
る場合である。

【０１１５】ｎ個の移動障害物を対象としている場合は
、自分が右に回避しなければならない移動障害物のうち
総合評価値Ｄが最大になるもの（ｊ番目の移動障害物と
する）に対する修正蛇角θｊＮと、自分が左に回避しな
ければならない移動障害物のうち総合評価値Ｄが最大に
なるもの（ｋ番目の移動障害物とする）に対する修正蛇
角θｋＮとの、Ｄについての重み平均を取るようにする
。 すなわち、ｎ個の移動障害物に対する回避のための修正
蛇角θＮは、次式で求められる。

【０１１６】

【数２６】 　　　　　　θＮ　＝（Ｄｊ・θｊＮ＋Ｄｋ・θｋＮ）
／（Ｄｊ　＋Ｄｋ　）　　　・・・（２６）速度の修正
についても、同様に総合評価値Ｄに比例して減速、加速
を行う。ｎ個の障害物を対象とする場合は、総合評価値
Ｄで重み平均を取ればよい。実際には、速度はある一定
の速度から余り変化しないようにし、回避は主に上記の
蛇角調整によって実現することができる。

【０１１７】図１４〜図１７は、ｎ＝３の場合、すなわ
ち、目標位置αに向かう走行車４０の進行する領域に３
個の移動障害物Ａ、Ｂ、Ｃがある場合、それらの障害物
に対する回避動作の時間的変化を示す。これらの図にお
いて、順次並んだ小円は、サンプリング時毎の走行車４
０及び３個の移動障害物Ａ、Ｂ、Ｃの位置を示す。また
、黒丸は同時刻における位置を示す。

【０１１８】また、図１８及び図１９はそれぞれ、移動
障害物が１個（Ａ’で示す）の場合の回避動作の例を示
す。

【０１１９】これらのシミュレーション例から、上記の
回避方法によれば、走行車４０は、１又は複数個の移動
障害物Ａ、Ｂ、Ｃをうまく回避しながら目標位置αに到
達することができることが実証された。

【０１２０】以上、図示の実施例について説明したが、
本発明はこれに限らない。例えば、メンバシップ関数は
、実施例のように移動物の進行する領域が２次元平面の
場合は３次元であるが、飛行物のように３次元を移動す
る場合には、４次元メンバシイプ関数が用いられる。 更に、必要に応じて任意の次元、形状のメンバシップ関
数が用いられる。また、障害物は静止物と移動物のいず
れであってもよい。

【０１２１】

【発明の効果】本発明は、上記のように多次元メンバシ
ップ関数を用いることで衝突危険度を容易に判定できる
ので、ロボットや自動搬送車のように頻繁に且つ急角度
で方向を変えることが多い移動物のための衝突回避を実
現すると共に、多次元メンバシップ関数で表わされる適
合度によって衝突危険度が求められるので、アルゴリズ
ムは複雑なものとならない。更に、衝突危険度とその上
昇率に基づいた制御指令（例えばファジィ推論による制
御指令）を生成することにより、移動物の特性やそれが
移動する領域に適切に対応した衝突回避動作が実現でき
る。

【０１２２】メンバシップ関数のパラメータを適宜変更
するだけで、移動物の進行する領域に応じた衝突危険度
が容易に認識できるので、ロボット車等の自動走行車の
使用者にとって汎用性と使い勝手の良い衝突回避システ
ムを構築することができる。

【０１２３】また、上記のような３次元メンバシップ関
数を用いることにより、衝突の危険性を図形で表現する
ことができ、人間の感覚に合った表示が可能となる。こ
のため、人間に理解され易い視覚的表示機能を備えた衝
突回避装置が実現される。

【０１２４】本発明を工場で使用する自動搬送車や走行
ロボット等の自動化された移動装置に使用するならば、
工場内の技術者（エンドユーザー）等が容易に回避制御
のレベルを調整できると共に、予測制御が可能であるこ
とから、工場内で確実な対人回避が達成され、人身事故
や衝突事故の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の障害物回避制御装置の構成を
示すブロック図。

【図２】本発明で用いられる３次元放物線メンバシップ
関数を示す図。

【図３】図２の３次元メンバシップ関数に直線部分を付
加した形状となる場合の説明図。

【図４】多次元メンバシップ関数の等適合度面を形成す
る楕円的放物面を示す図。

【図５】実施例で用いる釣鐘型の３次元放物線メンバシ
ップ関数の形状を示す図。

【図６】実施例の移動物となる走行車と座標平面上の位
置関係を示す図。

【図７】図６の走行車の進行する領域で１回前のサンプ
リング時における衝突危険度を表わした図。

【図８】図６の走行車の進行する領域で現時点における
衝突危険度を表わした図。

【図９】図６の走行車の進行する領域で１回後のサンプ
リング時における衝突危険度の予測値を表わした図。

【図１０】障害物が通過する場合の衝突危険度の予測値
を表わした図。

【図１１】本発明で用いられる３次元楕円メンバシップ
関数の例を示す図。

【図１２】三角形の３次元楕円メンバシップ関数の形状
を示す図。

【図１３】走行車の後方の領域で楕円メンバシップ関数
を用いて衝突危険度を表わした図。

【図１４】３個の移動障害物に対する回避動作の例を示
す図。

【図１５】図１４の回避動作の続きを示す図。

【図１６】図１５の回避動作の続きを示す図。

【図１７】図１６の回避動作の続きを示す図。

【図１８】１個の移動障害物に対する回避動作の例を示
す図。

【図１９】１個の移動障害物に対する回避動作の別の例
を示す図。

【符号の説明】

１…衝突危険度判定手段、２…制御指令出力手段、３…
状況予測手段、１１…障害物検出部、１２…信号変換部
、１３…移動物計測部、１４…信号変換部、１５…多次
元メンバシップ関数記憶部、１６…演算部、１７…衝突
危険度出力部、２１…衝突危険度記憶部、２２…目標位
置検出部、２３…信号変換部、２４…回避アルゴリズム
記憶部、２５…演算部、２６…制御指令出力部、３１…
予測アルゴリズム記憶部、３２…演算部、４０…走行車
、４１…前輪、４２，４３…後輪、５０…障害物。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静止もしくは移動中の障害物を回避する動
   作を行う装置において、前記障害物のある領域内にファ
   ジィ集合の適合度を表わすことができる多次元メンバシ
   ップ関数を設定し、該多次元メンバシップ関数を用いて
   適合度を算出することにより、前記領域内における衝突
   危険度を求める衝突危険度判定手段と、前記衝突危険度
   の値から前記領域内を移動する移動物が前記障害物を回
   避するための制御指令を生成し出力する制御指令生成手
   段とを備えたことを特徴とする障害物回避装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の障害物回避装置において、
   前記障害物及び前記移動物の位置、速度及び進行方向に
   基づき所定のアルゴリズムに従って現時点より後の衝突
   危険度の予測値を算出する状況予測手段が設けられ、前
   記衝突危険度判定手段は、前記障害物を検出する障害物
   検出部と、前記移動物の速度及び進行方向を計測する移
   動物計測部と、前記移動物の速度及び進行方向に応じて
   変化する変数を含み且つ前記領域に対応して使用される
   多次元メンバシップ関数を記憶した多次元メンバシップ
   関数記憶部と、前記移動物計測部からの計測信号に応じ
   て、前記多次元メンバシップ関数記憶部に格納された多
   次元メンバシップ関数により適合度を演算し、前記障害
   物検出部からの検出信号により前記障害物に交わる等適
   合度線の値を算出する演算部と、該演算部で算出された
   適合度を当該障害物に対する衝突危険度として出力する
   衝突危険度出力部とを備え、前記制御指令生成手段は、
   前記衝突危険度判定手段から出力された衝突危険度を記
   憶する衝突危険度記憶部と、前記移動物の目標位置を検
   出する目標位置検出部と、前記衝突危険度記憶部から送
   られる現時点より前の衝突危険度、前記衝突危険度判定
   手段から送られる現時点の衝突危険度、前記状況予測手
   段から送られる現時点より後の衝突危険度の予測値及び
   前記目標位置検出部から送られる目標位置に基づき、所
   定のアルゴリズムに従って、前記障害物を回避するため
   の移動物の進行方向及び速度を算出する演算部と、該演
   算部で算出された進行方向及び速度から前記制御指令を
   生成する制御指令出力部とを備えたことを特徴とする障
   害物回避装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の障害物回避装置にお
   いて、前記移動物は、２次元平面で表わされる領域内を
   移動する物体から成り、前記多次元メンバシップ関数は
   、前記領域内に曲線形状の等適合度線を表わす３次元メ
   ンバシップ関数であり、前記衝突危険度判定手段は、前
   記物体の速度と進行方向に応じて変化する等適合度線に
   より前記領域における衝突危険度を決定し、前記制御指
   令生成手段は、現時点より所定時間前の過去の衝突危険
   度、現時点の衝突危険度、及び現時点から所定時間後の
   衝突危険度の予測値を得て、それら３つの衝突危険度の
   値から総合評価値を求め、該総合評価値と前記予測値と
   目標位置の方向から前記障害物を回避する物体の進行方
   向とを求め、前記制御指令として出力することを特徴と
   する障害物回避装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の装置において、前記移動物
   の前側の領域には放物線形メンバシップ関数を適用し、
   前記移動物の後側の領域には楕円形メンバシップ関数を
   適用することを特徴とする障害物回避装置。
5. 【請求項５】請求項２乃至４のいずれかに記載の障害物
   回避装置において、前記衝突危険度の予測値は、前記障
   害物の所定時間後の予測位置を中心として、その所定時
   間の移動距離に比例した大きさの、３次元楕円メンバシ
   ップ関数で与えられるファジィ領域を求め、該３次元楕
   円メンバシップ関数と前記領域を表わす３次元メンバシ
   ップ関数との重なり合う部分で最大になる適合度とする
   ことを特徴とする障害物回避装置。
6. 【請求項６】請求項３乃至５のいずれかに記載の障害物
   回避装置において、複数個の移動障害物を対象とし、前
   記移動物が右に回避しなければならない移動障害物のう
   ち前記総合評価値が最大になる障害物に対する進行方向
   修正角度と、前記移動物が左に回避しなければならない
   移動障害物のうち総合評価値が最大になる障害物に対す
   る進行方向修正角度との、前記総合評価値についての重
   み平均を取ることにより、前記複数個の移動障害物に対
   する回避のための修正角度を求めることを特徴とする障
   害物回避装置。