特開 2022-182045 制御システム、制御装置、制御プログラム、及び移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182045

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】制御システム、制御装置、制御プログラム、及び移動体

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/02 20200101AFI20221201BHJP

【ＦＩ】

G05D1/02 P

G05D1/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021089346

(22)【出願日】2021-05-27

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】東 俊一

(72)【発明者】

【氏名】カン イブラヒマ

【テーマコード（参考）】

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H301AA01

5H301AA10

5H301BB05

5H301BB14

5H301CC03

5H301CC06

5H301CC10

5H301DD07

5H301DD17

5H301KK08

5H301KK18

5H301KK19

(57)【要約】

【課題】移動対象を移動させるための技術を向上させる。
【解決手段】制御システム１は、複数の移動体２０と、複数の移動体２０の移動を管理するマップサーバ５０とを備える。マップサーバ５０は、複数の移動体２０のそれぞれから予定経路を取得する予定経路取得部と、複数の移動体２０の予定経路から複数の移動体２０の将来の時点における位置を表す情報を生成するマップ生成部と、生成された情報を複数の移動体２０に送信するマップ送信部とを備える。複数の移動体２０は、それぞれ、マップサーバ５０から情報を取得するマップ取得部と、自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、生成された予定経路を管理装置に送信する予定経路送信部と、生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の移動体と、
前記複数の移動体の移動を管理する管理装置と、
を備え、
前記管理装置は、
前記複数の移動体のそれぞれから予定経路を取得する予定経路取得部と、
前記予定経路取得部により取得された前記複数の移動体の予定経路から、前記複数の移動体の将来の時点における位置を表す情報を生成するマップ生成部と、
前記マップ生成部により生成された情報を前記複数の移動体に送信するマップ送信部と、
を備え、
前記複数の移動体は、それぞれ、
前記管理装置から前記情報を取得するマップ取得部と、
自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、
前記予定経路生成部により生成された予定経路を前記管理装置に送信する予定経路送信部と、
前記予定経路生成部により生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部と、
を備える制御システム。

【請求項2】

複数の移動体のそれぞれの予定経路から生成された、前記複数の移動体の将来の時点における位置を表す情報を取得するマップ取得部と、
自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、
前記予定経路生成部により生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部と、
を備える制御装置。

【請求項3】

前記マップ取得部は、前記複数の移動体のそれぞれから予定経路を取得して前記情報を生成する管理装置から前記情報を取得し、
前記予定経路生成部により生成された予定経路を前記管理装置に送信する予定経路送信部を更に備える
請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記情報は、将来の複数の時点における前記複数の移動体の位置を表す
請求項２又は３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記情報は、将来の第１の期間における、第２の期間ごとの前記複数の移動体の位置を表す
請求項４に記載の制御装置。

【請求項6】

前記第１の期間は、前記移動体の処理能力に応じて設定される
請求項５に記載の制御装置。

【請求項7】

前記第２の期間は、前記複数の移動体の処理能力、最高速度、制御誤差、移動範囲の広さ、及び数の少なくとも１以上に応じて設定される
請求項５又は６に記載の制御装置。

【請求項8】

前記第２の期間は、可変に設定される
請求項５から７のいずれかに記載の制御装置。

【請求項9】

コンピュータを、
複数の移動体のそれぞれの予定経路から生成された、前記複数の移動体の将来の時点における位置を表す情報を取得するマップ取得部と、
自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、
前記予定経路生成部により生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部と、
として機能させるための制御プログラム。

【請求項10】

移動するための移動部と、
前記移動部を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
複数の移動体のそれぞれの予定経路から生成された、前記複数の移動体の将来の時点における位置を表す情報を取得するマップ取得部と、
自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、
前記予定経路生成部により生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部と、
を備える移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は移動体の制御技術に関する。

【背景技術】

【0002】

工場や倉庫などにおいて荷物を運搬させるために、自律的に移動可能なロボットや無人搬送車などの移動体が利用されている（例えば、特許文献１参照）。複数の移動体を移動させる場合、全ての移動体の移動を集中的に制御する集中制御方式や、個々の移動体が分散して移動を制御する分散制御方式で、それぞれの移動体の移動が制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５９－２１８５１５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

集中制御方式の場合、移動体の数に対して必要となる計算装置と記憶装置が指数関数的に増大する。また、集中制御の対象となる移動体が増減したり故障したりした場合、移動体の増減を登録する作業が必要となる。

【0005】

分散制御方式の場合、個々の移動体が独自に移動経路を選択するので、全体の移動を最適化することが困難である。

【0006】

本開示の目的は、移動体を移動させるための技術を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示のある態様の制御システムは、複数の移動体と、複数の移動体の移動を管理する管理装置と、を備える。管理装置は、複数の移動体のそれぞれから予定経路を取得する予定経路取得部と、予定経路取得部により取得された複数の移動体の予定経路から、複数の移動体の将来の時点における位置を表す情報を生成するマップ生成部と、マップ生成部により生成された情報を複数の移動体に送信するマップ送信部と、を備える。ここで、将来とは、例えば、現在から所定の時間（例えば、数時間、数分、数秒等）だけ後の時期（タイミング）である。所定の距離を移動したタイミングでもよい。所定の時間と距離は、予め設定してもよいし、制御システムが自動的に設定してもよい。複数の移動体は、それぞれ、管理装置から情報を取得するマップ取得部と、自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、予定経路生成部により生成された予定経路を管理装置に送信する予定経路送信部と、予定経路生成部により生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部と、を備える。

【0008】

本開示の別の態様は、制御装置である。この装置は、複数の移動体のそれぞれの予定経路から生成された、複数の移動体の将来の時点における位置を表す情報を取得するマップ取得部と、自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、予定経路生成部により生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部と、を備える。

【0009】

本開示のさらに別の態様は、制御プログラムである。このプログラムは、コンピュータを、複数の移動体のそれぞれの予定経路から生成された、複数の移動体の将来の時点における位置を表す情報を取得するマップ取得部と、自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、予定経路生成部により生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部と、として機能させる。

【0010】

本開示のさらに別の態様は、移動体である。この移動体は、移動するための移動部と、移動部を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、複数の移動体のそれぞれの予定経路から生成された、複数の移動体の将来の時点における位置を表す情報を取得するマップ取得部と、自己の現在位置及び他の移動体の将来の時点における位置に基づいて予定経路を生成する予定経路生成部と、予定経路生成部により生成された予定経路の少なくとも一部にしたがって自己を移動させる移動制御部と、を備える。

【0011】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本開示の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的な又は一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、移動体を移動させるための技術を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態に係る制御システムの構成を示す図である。

【図2】実施の形態に係る制御方法の手順を示すシーケンス図である。

【図3】マップサーバにより生成されるマップの例を示す図である。

【図4】実施の形態に係る移動体の構成を示す図である。

【図5】実施の形態に係るマップサーバの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本開示の実施の形態に係る制御システムでは、マップサーバが、自律的に移動する複数の移動体のそれぞれの予定経路を取得し、全ての移動体の将来の時点における位置を表すマップを生成して、全ての移動体に送信する。それぞれの移動体は、自己の現在位置と他の移動体の将来の時点における位置を参照して、所定の条件にしたがって最適化された自己の予定経路を生成し、生成した予定経路をマップサーバに登録するとともに、予定経路の最初の単位期間分に沿って実際に移動する。単位期間分の移動が終了すると、それぞれの移動体は、最新のマップをマップサーバから取得し、自己の現在位置と最新のマップに基づいて予定経路を更新し、更新した予定経路をマップサーバに登録するとともに、予定経路の最初の単位時間分に沿って実際に移動する。このように、複数の移動体が、予定経路の共有、予定経路の更新、移動を単位期間ごとに繰り返すことにより、それぞれの最適経路に沿って少しずつ移動する。これにより、個々の移動体が、他の移動体の予定経路を考慮しながら状況に合わせて最適な移動経路を選択することができるので、処理負荷を抑えつつ全体として最適に近い移動性能を得ることができる。

【0015】

図１は、実施の形態に係る制御システムの構成を示す。制御システム１は、移動範囲１０内を移動する複数の移動体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（これらを総称して「移動体２０」という）と、複数の移動体２０の移動を管理する管理装置として機能するマップサーバ５０と、通信網１２とを備える。

【0016】

複数の移動体２０は、移動に関する所定の条件にしたがって自律的に移動する。条件は、例えば、目的地までの移動距離、移動時間、又は移動に要するエネルギーなどを最小にするという条件であってもよい。それぞれの移動体２０は、移動に関する条件を表す評価関数に基づいて、現在位置から目的地までの最適経路問題を解くことにより、移動方向や移動速度などを含む移動態様を決定し、決定した移動態様にしたがって移動する。移動体２０は、例えば、ロボット、無人搬送車などであってもよい。複数の移動体２０は、全て同じ種類のものであってもよいし、異なる種類のものが含まれていてもよい。複数の移動体２０の移動速度、最高速度、移動方式、移動誤差などの性能は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0017】

マップサーバ５０は、複数の移動体２０からそれぞれの予定経路を取得し、取得した予定経路を参照して、将来の時点における全ての移動体２０の存在領域を表すマップを生成する。マップサーバ５０は、生成したマップを全ての移動体２０に送信する。

【0018】

図２は、実施の形態に係る制御方法の手順を示すシーケンス図である。複数の移動体２０は、現在位置と、目的地と、評価関数に基づいて、予定経路を生成する（Ｓ１０）。移動体２０は、評価関数を用いて現在位置から目的地までの最適経路問題を解くことにより予定経路を生成する。それぞれの移動体２０は、生成した予定経路をマップサーバ５０に送信する（Ｓ１２）。

【0019】

マップサーバ５０は、それぞれの移動体２０から取得した移動経路を参照して、将来の時点における全ての移動体２０の存在領域を表すマップを生成する（Ｓ１４）。マップサーバ５０は、第１の期間におけるマップを、第２の期間ごとに生成する。すなわち、時刻Ｔ＝ｔ１、ｔ２、…、ｔｎ（ｔ１：第２の期間経過後、ｔ２：２×第２の期間経過後、ｔｎ：ｎ×第２の期間（＝第１の期間）経過後）におけるマップを生成する。

【0020】

第１の期間を長くするほど、それぞれの移動体２０が最適経路を選択する精度を向上させることができるが、処理負荷が増大する。したがって、マップサーバ５０は、移動体２０の処理能力に応じて第１の期間を設定してもよい。

【0021】

第２の期間を短くするほど、全体を最適化する精度を向上させることができるが、第２の期間が短過ぎると、それぞれの移動体２０の処理が追いつかない。また、第２の期間が長過ぎると、移動体２０同士が接触する可能性がある。したがって、マップサーバ５０は、移動体２０の処理能力、移動体２０の最高速度、移動体２０の制御誤差、移動範囲１０の広さ、移動体の数などの少なくとも１以上に応じて第２の期間を設定してもよい。第２の期間は可変に設定されてもよい。例えば、移動体２０間の距離が長い場合は第２の期間を長くし、移動体２０間の距離が短い場合は第２の期間を短くしてもよい。

【0022】

それぞれの移動体２０は、最新のマップをマップサーバ５０に要求する（Ｓ１６）。マップサーバ５０は、最新のマップをそれぞれの移動体２０に送信する（Ｓ１８）。

【0023】

それぞれの移動体２０は、自己の現在位置を検知する（Ｓ２０）。移動体２０は、ＧＰＳなどの技術により自己の位置を検知してもよい。移動体２０は、周囲の画像を撮像するための撮像装置を備え、撮像画像を解析することにより自己の位置を検知してもよい。複数の移動体２０を撮像するための撮像装置が設けられ、複数の移動体２０の撮像画像を解析することにより、それぞれの移動体２０の位置が検知されてもよい。移動体２０は、他の移動体２０や、移動範囲１０に設けられた通信装置などとの間の通信により自己の位置を検知してもよい。

【0024】

それぞれの移動体２０は、現在位置と、目的地と、評価関数と、最新のマップに基づいて、予定経路を更新する（Ｓ２０）。移動体２０は、他の移動体２０と接触しないことを拘束条件として、評価関数を最適化する現在位置から目的地までの経路を算出する。すなわち、移動体２０は、時刻Ｔ＝ｔ１、ｔ２、…、ｔｎの時点において、自己の存在領域が他の移動体２０の存在領域と干渉しないことを拘束条件として、現在位置から目的地までの最適経路問題を解く。

【0025】

移動体２０同士が接近した場合に、接触を回避するためのルールが定められてもよい。例えば、複数の移動体２０に優先順位が予め割り当てられ、優先順位が低い移動体２０は、優先順位が高い移動体２０の移動を妨げないように、迂回したり、相手が通過するまで待機したりしてもよい。移動体２０同士の位置関係などにより優先順位が定められてもよい。例えば、移動範囲１０の座標系において、より右側、より奥側に位置する移動体２０が優先されてもよい。接触を回避するための移動方向が予め定められていてもよい。例えば、互いに相手の右側を通過するように移動してもよい。

【0026】

それぞれの移動体２０は、生成した予定経路をマップサーバ５０に送信する（Ｓ２２）。また、それぞれの移動体２０は、生成した予定経路の最初の単位期間分に沿って実際に移動する（Ｓ２４）。移動体２０は、予定経路をマップサーバ５０に送信すると同時に移動を開始してもよいし、移動を開始してから予定経路をマップサーバ５０に送信してもよいし、予定経路をマップサーバ５０に送信してから移動を開始してもよい。

【0027】

Ｓ１４に戻り、以上のステップを繰り返す。これにより、それぞれの移動体２０が状況の変化に合わせて経路を最適化させながら移動することができるので、全体として最適な移動を実現することができる。移動体２０の移動の精度が比較的低く、予定経路からの誤差が生じるような場合であっても、単位期間ごとに予定経路を修正しながら移動することができるので、移動体２０同士の接触を避けつつ最適な移動を実現することができる。

【0028】

図３は、マップサーバにより生成されるマップの例を示す。図３（ａ）は、時刻Ｔ＝ｔ１におけるマップの例を示す。移動体２０ａ、２０ｂ、２０ｃの時刻Ｔ＝ｔ１における存在領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃがマップ上に示される。存在領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃの大きさは、それぞれの移動体２０ａ、２０ｂ、２０ｃの制御誤差を反映している。図３（ｂ）は、時刻Ｔ＝ｔ２におけるマップの例を示す。それぞれの移動体２０ａ、２０ｂ、２０ｃの制御誤差の累積を反映して、存在領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃの大きさは時刻Ｔ＝ｔ１の場合よりも大きくなっている。各時刻のマップは、それぞれの移動体２０がその時刻において存在可能な領域を表す。

【0029】

図４は、実施の形態に係る移動体２０の構成を示す。移動体２０は、通信装置２１、移動手段２２、記憶装置２４、及び処理装置３０を備える。通信装置２１、記憶装置２４、及び処理装置３０を含む制御装置は、パーソナルコンピューターなどの装置や、携帯電話端末、スマートフォン、タブレット端末などの携帯端末などにより実現されてもよい。

【0030】

通信装置２１は、他の装置との通信を制御する。通信装置２１は、有線又は無線の任意の通信方式により通信を行ってもよい。移動手段２２は、移動体２０を移動させる。移動手段２２は、車輪やベルトなどであってもよい。記憶装置２４は、処理装置３０により使用されるプログラム、データなどを記憶する。記憶装置２４は、半導体メモリ、ハードディスクなどであってもよい。

【0031】

処理装置３０は、マップ取得部３１、予定経路生成部３２、予定経路送信部３３、移動制御部３４、及び位置検知部３５を備える。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩなどにより実現され、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、又はハードウエアとソフトウエアの組合せなど、いろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0032】

マップ取得部３１は、マップサーバ５０からマップを取得する。予定経路生成部３２は、現在位置、目的地、評価関数、及びマップに基づいて予定経路を生成する。予定経路送信部３３は、予定経路生成部３２により生成された予定経路をマップサーバ５０に送信する。移動制御部３４は、移動手段２２を制御して、予定経路生成部３２により生成された予定経路の最初の単位時間分に沿って移動体２０を移動させる。位置検知部３５は、移動体２０の現在位置を検知する。

【0033】

図５は、実施の形態に係るマップサーバ５０の構成を示す。マップサーバ５０は、通信装置５１、記憶装置５４、及び処理装置６０を備える。マップサーバ５０は、サーバ装置であってもよいし、パーソナルコンピューターなどの装置であってもよいし、携帯電話端末、スマートフォン、タブレット端末などの携帯端末であってもよい。

【0034】

通信装置５１は、他の装置との通信を制御する。通信装置５１は、有線又は無線の任意の通信方式により通信を行ってもよい。記憶装置５４は、処理装置６０により使用されるプログラム、データなどを記憶する。記憶装置５４は、各時刻におけるマップを記憶する。記憶装置５４は、半導体メモリ、ハードディスクなどであってもよい。

【0035】

処理装置６０は、予定経路取得部６１、マップ生成部６２、及びマップ送信部６３を備える。これらの構成は、ハードウエアのみ、又はハードウエアとソフトウエアの組合せなど、いろいろな形で実現できる。

【0036】

予定経路取得部６１は、複数の移動体２０から予定経路を取得する。マップ生成部６２は、予定経路取得部６１により取得された複数の移動体２０の予定経路からマップを生成して記憶装置５４に格納する。マップ送信部６３は、移動体２０からの要求に応じて、記憶装置５４に格納されたマップを移動体２０に送信する。

【0037】

以上、本開示を、実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【0038】

実施の形態では、マップサーバ５０が設けられる例について説明したが、別の例では、複数の移動体２０のうちのいずれか１以上がマップサーバ５０の機能を有していてもよい。この場合、マップサーバ５０は設けられなくてもよい。

【0039】

実施の形態では、全ての移動体２０の存在領域を表すマップを全ての移動体２０が共有する例について説明したが、別の例では、所定の範囲内に存在する移動体２０の存在領域を表すマップが移動体２０に提供されてもよい。例えば、マップサーバ５０は、全ての移動体２０から予定経路を取得し、それぞれの移動体２０に対して、その移動体２０から所定の範囲に存在する他の移動体２０の存在領域を表すマップを生成して提供してもよい。または、それぞれの移動体２０は、自己から所定の範囲に存在する移動体２０から予定経路を直接取得して、自己の予定経路を更新してもよい。この場合、マップサーバ５０は設けられなくてもよい。

【0040】

実施の形態では、マップサーバ５０が複数の移動体２０の予定経路からマップを生成して移動体２０に提供する例について説明したが、別の例では、マップサーバ５０は複数の移動体２０の予定経路をそのまま移動体２０に提供してもよい。この場合、それぞれの移動体２０は、他の移動体２０の予定経路を参照して、他の移動体２０と接触しないような最適経路を生成してもよいし、他の移動体２０の予定経路からマップを生成し、生成したマップを拘束条件として最適経路問題を解いてもよい。

【符号の説明】

【0041】

１ 制御システム、１０ 移動範囲、１１ 存在領域、１２ 通信網、２０ 移動体、２２ 移動手段、３１ マップ取得部、３２ 予定経路生成部、３３ 予定経路送信部、３４ 移動制御部、３５ 位置検知部、５０ マップサーバ、５４ 記憶装置、６１ 予定経路取得部、６２ マップ生成部、６３ マップ送信部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】