特開 2024-64218 移動体制御システム、その制御方法、移動体、プログラム及び記録媒体

(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】P2024064218

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】移動体制御システム、その制御方法、移動体、プログラム及び記録媒体

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/43 20240101AFI20240507BHJP

【ＦＩ】

G05D1/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172643

(22)【出願日】2022-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】倉光 祐之介

(72)【発明者】

【氏名】相澤 航輝

(72)【発明者】

【氏名】松永 英樹

【テーマコード（参考）】

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H301AA03

5H301AA10

5H301CC03

5H301CC06

5H301CC10

5H301DD06

5H301DD07

5H301DD17

5H301GG08

5H301GG09

5H301HH10

5H301HH16

5H301LL01

5H301LL06

(57)【要約】

【課題】自由度の高い走行軌道の生成と乗り心地の確保とを両立することが可能な移動体制御システムを提供する。
【解決手段】本開示に係る移動体制御システムは、移動体の動作を制御する移動体制御システムであって、それぞれの軌道の曲率が距離に対して線形に変化する複数の軌道と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて構成される前記移動体の位置から目標位置までの軌道を用いて、移動体が走行すべき軌道を生成する生成手段と、生成された軌道に基づいて、移動体の走行を制御する制御量を決定する決定手段と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体の動作を制御する移動体制御システムであって、
それぞれの軌道の曲率が距離に対して線形に変化する複数の軌道と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて構成される前記移動体の位置から目標位置までの軌道を用いて、前記移動体が走行すべき軌道を生成する生成手段と、
前記生成された軌道に基づいて、前記移動体の走行を制御する制御量を決定する決定手段と、を有することを特徴とする移動体制御システム。

【請求項2】

前記移動体が走行すべき軌道は複数の曲率変化点を含み、
前記生成手段は、前記複数の曲率変化点の曲率を決定することにより、前記移動体が走行すべき軌道を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の移動体制御システム。

【請求項3】

前記生成手段は、障害物が存在する位置を示す情報を参照し、生成する軌道の位置が障害物が存在する位置に接近するほどコストが増加するコスト関数を用いて、前記複数の曲率変化点の曲率を決定する、ことを特徴とする請求項２に記載の移動体制御システム。

【請求項4】

前記生成手段は、予め定められた前記移動体の参照軌道を示す情報を参照し、生成する軌道が前記参照軌道から乖離するほどコストが増加するコスト関数を用いて、前記複数の曲率変化点の曲率を決定する、ことを特徴とする請求項２に記載の移動体制御システム。

【請求項5】

前記生成手段は、所定の時間前に生成した前記移動体が走行すべき軌道を参照し、生成する軌道が前記所定の時間前に生成した前記移動体が走行すべき軌道からの変化量が大きいほどコストが増加するコスト関数を用いて、前記複数の曲率変化点の曲率を決定する、ことを特徴とする請求項２に記載の移動体制御システム。

【請求項6】

前記移動体が走行すべき軌道は３つの曲率変化点を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の移動体制御システム。

【請求項7】

前記決定手段は、前記生成された軌道の曲率のうちの最も大きい曲率に基づいて、前記制御量である前記移動体の速度と角速度とを算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の移動体制御システム。

【請求項8】

前記決定手段は、前記生成された軌道の曲率のうち、現在の前記移動体の速度に応じて異なる所定の範囲内において最も大きい曲率に基づいて、前記制御量である前記移動体の速度と角速度とを決定する、ことを特徴とする請求項７に記載の移動体制御システム。

【請求項9】

前記決定手段は、前記移動体の速度と角速度が、前記移動体が安定して走行するための制約を満たさない場合、前記移動体の速度と角速度を当該制約を満たすように変更する、ことを特徴とする請求項７に記載の移動体制御システム。

【請求項10】

前記移動体の撮像手段で撮像された画像に基づいて障害物が存在する位置を検知する検知手段を更に有し、
前記目標位置までの最大距離は、前記検知手段が障害物を検知可能な範囲に従って設定される、ことを特徴とする請求項１に記載の移動体制御システム。

【請求項11】

前記目標位置までの最大距離は、前記移動体の走行を制御可能な制動距離に従って設定される、ことを特徴とする請求項１に記載の移動体制御システム。

【請求項12】

移動体であって、
それぞれの軌道の曲率が距離に対して線形に変化する複数の軌道と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて構成される前記移動体の位置から目標位置までの軌道を用いて、前記移動体が走行すべき軌道を生成する生成手段と、
前記生成された軌道に基づいて、前記移動体の走行を制御する制御量を決定する決定手段と、を有することを特徴とする移動体。

【請求項13】

移動体の動作を制御する移動体制御システムの制御方法であって、
それぞれの軌道の曲率が距離に対して線形に変化する複数の軌道と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて構成される前記移動体の位置から目標位置までの軌道を用いて、前記移動体が走行すべき軌道を生成する生成工程と、
前記生成された軌道に基づいて、前記移動体の走行を制御する制御量を決定する決定工程と、を有することを特徴とする移動体制御システムの制御方法。

【請求項14】

コンピュータを、請求項１から１１のいずれか１項に記載の移動体制御システムの各手段として機能させるためのプログラム。

【請求項15】

コンピュータを、請求項１から１１のいずれか１項に記載の移動体制御システムの各手段として機能させるためのプログラムを格納する記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体制御システム、その制御方法、移動体、プログラム及び記録媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、小規模地域内における人々の移動を支えるための、超小型の移動体（マイクロモビリティ）の需要が高まっている。マイクロモビリティは、乗車定員が１名程度であるものや、人が搭乗する代わりに荷物を運びながら人と共に走行するものなどがある。マイクロモビリティは、自動車による移動領域と歩行者の移動領域の両方を走行可能にするため、車道を走行するための自動運転技術に加え、歩道等のフリースペースの自律移動技術を必要とする。マイクロモビリティの進行方向には様々な障害物が存在することが想定されるため、様々な障害物を柔軟に回避するための自由度の高い走行軌道が必要である。

【0003】

非特許文献１には、自律移動する車両が複雑な形状の走路を走行するために、クロソイド曲線に基づいて走行軌道を生成する技術が提案されている。非特許文献２には、緊急時において障害物を回避するための走行軌道として、走行レーン上に設定されるエンドポイントを通過する多次元曲線に基づいて走行軌道を生成する技術を提案している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】MARCUS LUNDBERG,「Path planning for autonomous vehicles using clothoid based smoothing of A* generated paths and optimal control」(https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1150741/FULLTEXT01.pdf),2017

【非特許文献2】Wenda Xu,外４名,「A Real-Time Motion Planner with Trajectory Optimization for Autonomous Vehicles」(https://www.ri.cmu.edu/pub_files/2012/5/ICRA12_xuwd_Final.pdf),2012

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、マイクロモビリティには人が乗車するため、自由度の高い走行軌道、すなわち複雑な形状の走行軌道に従って走行する場合であっても、適切な乗り心地が確保される必要がある。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、自由度の高い走行軌道の生成と乗り心地の確保とを両立することが可能な技術を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、
移動体の動作を制御する移動体制御システムであって、
それぞれの軌道の曲率が距離に対して線形に変化する複数の軌道と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて構成される前記移動体の位置から目標位置までの軌道を用いて、前記移動体が走行すべき軌道を生成する生成手段と、
前記生成された軌道に基づいて、前記移動体の走行を制御する制御量を決定する決定手段と、を有することを特徴とする移動体制御システムが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、自由度の高い走行軌道の生成と乗り心地の確保とを両立することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る移動体の構成例を示す図

【図2】実施形態に係る移動体の制御系の構成例を示すブロック図

【図3】実施形態に係る移動体の制御ユニットに関わる機能構成例を示すブロック図

【図4】実施形態に係る格子地図の例を模式的に示す図

【図5】実施形態に係る移動体の局所経路（軌道）を模式的に説明する図

【図6A】実施形態に係る移動体の局所経路（軌道）を、クロソイド曲線と曲率変化点を組み合わせて構成する例を説明する図

【図6B】実施形態に係るコスト関数について説明する図

【図7】実施形態に係る移動体の走行制御処理の一連の動作を示すフローチャート

【図8】実施形態に係る軌道生成と制御量決定についての一連の動作を示すフローチャート

【図9A】生成した軌道に基づいて、曲率の最大値を決定する第１の例を説明する図

【図9B】生成した軌道に基づいて、曲率の最大値を決定する第２の例を説明する図

【図9C】生成した軌道に基づいて、曲率の最大値を決定する第３の例を説明する図

【図10】実施形態に係る制御量の決定に係る一連の動作を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0011】

以下の実施形態では、マイクロモビリティである移動体の一例として、乗車定員が１名程度である超小型の電動車両を例に説明する。しかし、マイクロモビリティは、人が搭乗する代わりに荷物を運びながら人と共に走行するものも含まれてよい。また、本実施形態は、移動体が電動車両である例に限定されず、電動車両以外の移動体に対しても適用可能である。更に、以下の説明では、１つの従動輪を有する移動体を例に説明するが、必ずしも従動輪を有しなくてもよく、また、従動輪が１つである場合に限らず２つ以上であってもよい。

【0012】

上述のマイクロモビリティのような移動体では、人が乗ること、目標位置が頻繁に変化すること、高精度地図を用いないことを考慮した自律走行が実現されれば有用である。マイクロモビリティは、特定の決まった経路を走行するとは限らず、また、自動車による移動領域と歩行者の移動領域の両方を走行可能にするため、高精度地図が整備されていない領域を適切に走行する必要がある。更に、例えばショッピングモール内やイベント会場を走行する場合のように、複数の障害物が不規則に存在するような状況で障害物を適切に回避しながら走行することが求められる。また、マイクロモビリティに人が乗車する場合、配送用の無人ロボットとは異なり、不自然な走行軌道や乗り心地を考慮しない走行軌道が採用されれば、乗車する人に不安を与えるおそれがある。

【0013】

本実施形態に係る移動体１００は、高精度地図を用いること無く、障害物を回避しながら目標位置に向かって自律走行する。高精度地図を用いること無く自律走行するため、移動体１００が走行可能な領域は、後述する検知ユニットの出力から認識される情報を用いて識別される。後述するように、移動体１００は、移動体１００が走行可能な領域と走行不可能な領域とを表す格子地図を生成し、移動体１００の軌道の生成に用いる。また、移動体１００は、非線形に曲率が変化する点（以下、単に曲率変化点という）を設けたクロソイド曲線を用いて、自由度が高く、且つ乗り心地を考慮した軌道を生成する。移動体１００は、生成された軌道に沿って走行するように駆動系を制御する。

【0014】

＜移動体の構成＞
図１を参照して、移動体１００の構成について説明する。図１（Ａ）は本実施形態に係る移動体１００の側面を示し、図１（Ｂ）は移動体１００の内部構成を示している。図中矢印Ｘは移動体１００の前後方向を示しＦが前をＲが後を示す。矢印Ｙ、Ｚは移動体１００の幅方向（左右方向）、上下方向を示す。

【0015】

移動体１００は、走行ユニット１１２を備え、バッテリ１１３を主電源とした電動自律式車両である。バッテリ１１３は例えばリチウムイオンバッテリ等の二次電池であり、バッテリ１１３から供給される電力により走行ユニット１１２によって移動体１００が自走する。走行ユニット１１２は、前輪である左右一対の駆動輪１２０と、後輪である１つの従動輪１２１とを備える三輪車の形態をとる。なお、走行ユニット１１２は四輪車の形態等、他の形態であってもよい。移動体１００は、例えば、一人用の座席１１１を備える。

【0016】

走行ユニット１１２は駆動機構１２２を備える。駆動機構１２２は、モータ１２２ａ及び１２２ｂを駆動源として、対応する駆動輪１２０を回転させる機構である。駆動機構１２２は、駆動輪１２０のそれぞれを回転させることで移動体１００を前進又は後進させることができる。駆動機構１２２はまた、モータ１２２ａ及び１２２ｂの回転差を生じさせることで移動体１００の進行方向を変更することができる。走行ユニット１１２は従動輪１２１を備える。従動輪はＺ方向を回転軸として旋回可能である。

【0017】

移動体１００は、移動体１００の周囲の物標を検知する検知ユニット１１４～１１６を備える。検知ユニット１１４～１１６は、移動体１００の周辺を監視する外界センサ群である。検知ユニット１１４～１１６は、本実施形態の場合、いずれも移動体１００の周囲の画像を撮像する撮像装置であり、例えば、レンズなどの光学系とイメージセンサとを備える。しかし、撮像装置に代えて或いは撮像装置に加えて、レーダやライダ（Light Detection and Ranging）を採用してもよい。

【0018】

検知ユニット１１４は、例えば移動体１００の前部にＹ方向に離間して二つ配置されており、主に、移動体１００の前方の物標を検知するために用いられる。検知ユニット１１５は移動体１００の左側部及び右側部にそれぞれ配置されており、主に、移動体１００の側方の物標を検知するために用いられる。検知ユニット１１６は移動体１００の後部に配置されており、主に、移動体１００の後方の物標を検知するために用いられる。

【0019】

図２は、移動体１００の制御系のブロック図である。移動体１００は、制御ユニット（ＥＣＵ）１３０を備える。制御ユニット１３０は、ＣＰＵに代表される１つ以上のプロセッサ、半導体メモリ等のメモリデバイス、外部デバイスとのインタフェース等を含む。メモリデバイスにはプロセッサが実行するプログラムやプロセッサが処理に使用するデータ等が格納される。プロセッサ、メモリデバイス、インタフェースは、移動体１００の機能別に複数組設けられて互いに通信可能に構成されてもよい。

【0020】

制御ユニット１３０は、検知ユニット１１４～１１６の出力（例えば画像情報）、操作部１３１の入力情報、音声入力装置１３３から入力された音声情報などを取得して、それぞれの情報に応じた処理を実行する。制御ユニット１３０は、モータ１２２ａ、１２２ｂの制御（走行ユニット１１２の走行制御）、操作部１３１に含まれる表示パネルの表示制御、音声による移動体１００の乗員への報知、情報の出力を行う。制御ユニット１３０は、検知ユニット１１４～１１６からの出力（例えば画像情報）に対して画像認識用の機械学習モデル（例えばディープニューラルネットワーク）を用いた処理を実行してもよい。また、制御ユニット１３０は、音声入力装置１３３からの出力（例えば音声情報）に対して音声認識用の機械学習モデル（例えばディープニューラルネットワーク）を用いた処理を実行してもよい。

【0021】

音声入力装置１３３は、例えばマイクを含み、移動体１００の乗員の音声を収音する。制御ユニット１３０は、入力された音声を認識して、対応する処理を実行可能である。ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite system)センサ１３４は、ＧＮＳＳ信号を受信して移動体１００の現在位置を検知する。

【0022】

記憶装置１３５は、種々のデータを格納する不揮発性の記録媒体を含む。記憶装置１３５にも、プロセッサが実行するプログラムやプロセッサが処理に使用するデータ等が格納されてよい。記憶装置１３５は、制御ユニット１３０によって実行される音声認識や画像認識用の機械学習モデルの各種パラメータ（例えばディープニューラルネットワークの学習済みパラメータやハイパーパラメータなど）を格納してもよい。

【0023】

通信装置１３６は、例えばＷｉ‐Ｆｉや第５世代移動体通信などの無線通信を介して外部装置（例えばユーザの有する通信端末１４０）と通信可能な通信装置である。

【0024】

次に、図３を参照して、制御ユニット１３０に係る機能構成例について説明する。ユーザ指示取得部３０１は、操作部１３１或いは音声入力装置１３３を介して入力されるユーザ指示を取得する。ユーザ指示は、移動体１００が到着すべき最終目標位置の指定を含む。最終目標位置は、検知ユニット１１４～１１６の出力した画像内で認識された物標のうち、発話音声によって指定された物標の位置であってもよい。また、ユーザ指示は、移動体１００の走行中に、右折、左折などの走行軌道に対する変更指示を含んでもよい。

【0025】

画像情報処理部３０２は、検知ユニット１１４～１１６の出力（例えば画像情報）に基づいて、走行路や障害物の位置、形状等を認識する。移動体１００の前方の走行路や障害物の位置、形状等の認識は、例えば、２つの検知ユニット１１４から得られるステレオ画像を用いて、移動体１００からの奥行きの距離を求めることにより行われる。走行路や障害物を認識するために、単眼の画像又はステレオ画像に、予め学習された画像認識用の機械学習モデル（例えばディープニューラルネットワーク）を用いてもよい。

【0026】

格子地図生成部３０３は、画像情報処理部３０２によって認識された走行路や障害物の位置、形状等に基づいて、移動体１００の近傍において移動体１００が走行可能な領域と走行不可能な領域とを表す格子地図を生成する。図４は、本実施形態に係る格子地図の例を模式的に示している。図４に示す例では、移動体４０２の前方を検知ユニット４０３で撮影し、障害物の存在を示す走行不可能領域４０１と、その他の領域（走行可能領域）とを示す格子地図４００を生成する様子を模式的に示している。

【0027】

格子地図生成部３０３は、移動体１００の移動に従って、移動体が格子地図の中心に位置するように、格子地図４００をシフトする。格子地図生成部３０３は、画像情報処理部３０２の認識結果に従って、走行不可能領域４０１を格子地図４００の対応する格子に割り当てる。例えば、格子地図生成部３０３は、地表から所定の高さ（例えば移動体１００が進行することができない高さ）に物体が存在すると認識した場合、当該物体が認識された位置に対応する領域を走行不可能領域とする。格子地図生成部３０３は、移動体１００の移動に伴って走行不可能領域４０１を追加していくことによって、格子地図を生成する。

【0028】

経路生成部３０４は、後述する軌道生成と制御量を決定する処理を実行して、移動体１００が走行する軌道（走行軌道）を生成する。なお、本実施形態の経路生成部３０４が生成する走行軌道を、後述する大域経路に対して局所経路という場合がある。経路生成部３０４は、大域経路を参照することで、目標位置に基づいた軌道を生成することができる。なお、大域経路は、移動体の走行軌道の目安を大まかに決定した、目標位置に向かうための経路である。本実施形態では、経路生成部３０４は、大域経路をどのような方法で生成してもよく、公知の方法を用いて生成してもよい。また、目標位置は、ユーザによって指定される最終目標位置とは異なり、移動体１００が走行する軌道を一定の時間ごとに決定する際に、到達する目標となる一時的な位置である。目標位置は、大域経路上に設定される。移動体の位置から目標位置までの最大距離は、例えば、６メートルなどのように、検知ユニットによって障害物を検知可能な範囲に従って設定されてよい。すなわち、経路生成部３０４は、移動体において障害物等を十分に検知可能な範囲内に走行軌道を制限することができる。また、移動体の位置から目標位置までの最大距離は、例えば、緊急時に移動体１００がその走行を制御可能な制動距離に従って設定されてもよい。すなわち、経路生成部３０４は、移動体１００の停止等の制御を十分可能な範囲内に走行軌道を制限することができる。更に、目標位置は、最終目標位置（例えばユーザによって指定された物標の位置）が近づくほど、移動体の近くに設定される。

【0029】

経路生成部３０４は、走行軌道を生成するために、複数のクロソイド曲線と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて構成される軌道を生成する。クロソイド曲線は、軌道の曲率が距離に対して線形に変化する曲線である。また、一般に、クロソイド曲線は、ハンドルを備える車両が一定速度で走行する際にハンドルを一定の割合で回したときに車両が描く軌道としても知られている。本実施形態では、それぞれの軌道の曲率が線形に変化する複数の軌道と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて軌道を構成することにより、左右に蛇行するような自由度の高い複雑な軌道を生成することができる。つまり、このような軌道により、複数の障害物が存在する場合であっても、障害物を左右に蛇行して回避することが可能になる。

【0030】

また、上記軌道を構成することにより、例えば、ハンドルを備える車両においてハンドルを一定の割合で回し、曲率変化点を経てハンドルを別の一定の回し方で回すような車両の軌道を生成することに対応する。つまり、自由度の高い軌道を生成する場合であっても軌道の曲率がなめらかに変化するため、移動体に乗る乗員の乗り心地を確保することができる。経路生成部３０４は、軌道上の３点での曲率を調整することにより、移動体１００の旋回方向の頻繁な切り替わりを抑制したり、最小旋回半径などの移動体１００の運動制約を更に考慮することができる。

【0031】

図５は、移動体５０１が走行する軌道５０３の例を模式的に示している。移動体５０１の進行方向（Ｘ方向）の前方には、障害物５０２が存在する。なお、Ｙ方向は、移動体の進行方向に対する左右方向を示す。軌道５０３は、複数のクロソイド曲線と複数の曲率変化点５０４～５０６で構成される。上述のように、複数のクロソイド曲線と曲率変化点により、経路生成部３０４は、仮に大域経路５０７（点群で示す）が複雑な経路であっても大域経路５０７から大きく逸脱しない走行軌道５０３を生成することができる。なお、Ｓ１～Ｓ３は、曲率変化点５０４～５０６のうちの隣接する曲率変化点の間の距離を示している。この距離は、等間隔であってもよいし、実験等により予め定められた最適な距離が設定されてもよい。

【0032】

図６Ａは、軌道５０３を生成するための、移動体からの距離と軌道の曲率の関係を示している。本実施形態で生成される軌道５０３は、図６Ａに示すように、曲率の極大点又は極小点（曲率変化点）までは曲率が一定で（すなわち線形に）変化する。

【0033】

本実施形態では、軌道上の３点の曲率変化点の位置における軌道の曲率（曲率Ｋ_１，Ｋ_２及びＫ_３）を最適化する場合を例に説明している。より多くの曲率変化点を用いることも可能であるが、調整する曲率変化点の数が増大すれば、後述するコスト関数を用いた最適化に係る演算量が飛躍的に増大し得る。すなわち、得られる走行軌道の自由度の向上に対して計算量が大きく増大する。経路生成部３０４は、３つの曲率変化点を用いることにより、自由度の高い走行軌道を生成しつつ、最適化のための計算量を抑制することができる。曲率変化点の数を適切に抑制することにより、より短い周期（例えばリアルタイム）で走行軌道の生成を繰り返すことが可能になる。

【0034】

経路生成部３０４による、軌道の生成処理の概要について説明する。経路生成部３０４は、３点の曲率を変化させた軌道をコスト関数に代入し、コスト関数によるコストが少なくなる曲率変化点の曲率を求める。コスト関数は、例えば、Ｃ_poserrを大域経路からの逸脱コスト、Ｃ_obstacleを障害物への接近・衝突コスト、Ｃ_oscilationを１つ前の時刻に生成した軌道との相違コストとすると、式（１）のように表される。大域経路からの逸脱コストは、大域経路（すなわち予め定められた移動体１００の参照軌道を示す情報）を参照し、生成する軌道が参照軌道から乖離するほどコストを増加させる。このため、自由度の高い軌道を生成する場合であっても参照軌道から大きく逸脱することのない軌道を生成することができる。また、１つ前の時刻に生成した軌道との相違コストは、１つ前の時刻に生成した軌道との相違（位置ずれ）が小さいほどコストが小さくなる。換言すれば、経路生成部３０４は、所定の時間前に生成した軌道を参照し、生成する軌道が、所定の時間前に生成した軌道からの変化量が大きいほどコストが増加するコスト関数を用いて、複数の曲率変化点の曲率を決定する。このため、直前（例えば１つ前の時刻）に生成した軌道との相違コストを用いることにより、急激な軌道の変更を抑制することができる。経路生成部３０４は、式（１）のコスト関数を最小にする曲率Ｋ_１，Ｋ_２及びＫ_３を選択する。例えば、曲率Ｋ_１は曲率変化点６０１における曲率、曲率Ｋ_２は曲率変化点６０２における曲率、曲率Ｋ_３は曲率変化点６０３における曲率に対応する。そして、式（１）を構成する各コスト（Ｃ_poserr、Ｃ_obstacle、Ｃ_oscilation）は、式（２）～式（４）に従って算出される。なお、tは現在のタイミングに対応し、t-1は、前回軌道を求めたタイミングを示す。

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

【0035】

図６Ｂは、式（１）に示す本実施形態に係るコスト関数を模式的に示している。例えば、Ｃ_poserrである大域経路からの逸脱コストは、生成する軌道と、大域経路のポテンシャルをグリッドに割り当てた値とを演算することにより算出される。大域経路のポテンシャルは、例えば、大域経路から遠いほど高いコストがグリッドに割り当てられる。このようなポテンシャルを用いることにより、生成する軌道が大域経路に近づくように曲率変化点が最適化される。また、Ｃ_obstacleである障害物への接近・衝突コストは、生成する軌道と、障害物のポテンシャルをグリッドに割り当てた値とを演算することにより算出される。障害物のポテンシャルは、例えば、格子地図の走行不可領域に近いほど高いコストが割り当てられる。このようなポテンシャルを用いることにより、生成する軌道が障害物を回避するように曲率変化点が最適化される。

【0036】

経路生成部３０４は、曲率変化点の曲率を変動させる際に、損失勾配を用いたＡｄａｍによる最適化を行って、（繰り返し演算における次の）曲率変化点の曲率を決定する。β_１、β_２、εは最適化のために、実験等により予め定めることができるパラメータである。tは現在のタイミングに対応し、ここでのt-1は、繰り返し演算における以前の演算タイミングを示し、▽Ｌはコスト関数の微分値を示す。K_tは、いずれかの曲率変化点における現在の曲率に対応する。

【数5】

【数6】

【数7】

【0037】

経路生成部３０４は、曲率変化点の曲率を変動させて生成した軌道を用いて、式１に示すコストの算出を繰り返し、最もコストＬが低くなる曲率Ｋ_１，Ｋ_２及びＫ_３を決定する。

【0038】

なお、図６Ｂに示す例では、大域経路のポテンシャルと、障害物のポテンシャルとを、コストグリッドを用いて表現する例を説明した。コストグリッドは、格子地図と同等の格子数で構成されてよい。上述のように、コストグリッドの各格子には、大域経路からの距離や障害物からの距離に応じたコスト値が対応付けられる。複数のコストグリッドは対応する格子の値を例えば積算することで、複数のコストグリッドを加味することができる。大域経路のポテンシャルを扱うコストグリッドでは、例えば、大域経路が格子面に射影された場合に、大域経路に近い格子ほど低いコスト値が設定される。経路生成部３０４は、設定したコストグリッドをメモリデバイスに記憶させ、候補の軌道が生成されると、走行軌道をコストグリッドに射影して走行経路と重なる格子のコスト値を合算する。このような処理により、比較的簡便な演算により、軌道を生成する最適化演算を高速化することができる。

【0039】

更に、経路生成部３０４は、決定した軌道を用いて、制御量を決定する処理を行って、移動体の走行を制御するための制御量となる速度ｖ及び角速度ωを決定する。制御量を決定する処理は、生成された軌道に従って走行しようとする際に、所定の制約を満たすように速度ｖ及び角速度ωを決定する処理である。所定の制約は、別途詳細を後述するように、例えば、移動体１００がカーブを安全に曲がり切れるようにしたり、安定した乗り心地を確保するための制約が課せられる。

【0040】

走行制御部３０５は、経路生成部３０４によって決定された制御に従って、移動体１００の走行を制御する（例えば、モータ１２２ａ及び１２２ｂを制御する）。

【0041】

＜移動体１００における走行制御処理の一連の動作＞
次に、移動体１００における走行制御処理の一連の動作について、図７を参照して説明する。なお、本処理は、制御ユニット１３０が記憶装置１３５に格納されるプログラムを制御ユニット１３０のメモリデバイスに展開し、実行することにより実現される。本処理の開始時点において、ユーザ指示等に従って、最終目的位置が設定されているものとする。

【0042】

Ｓ７０１において、制御ユニット１３０の画像情報処理部３０２は、検知ユニット１１４～１１６の出力（画像情報）を取得する。画像情報処理部３０２は、例えばディープニューラルネットワークを用いて、画像情報に含まれる走行路や障害物の位置、形状等を認識する。

【0043】

Ｓ７０２において、制御ユニット１３０の格子地図生成部３０３は、図４を参照して説明した格子地図を生成する。上述したように、格子地図生成部３０３は、画像情報処理部３０２によって認識された走行路や障害物の位置、形状等に基づいて、移動体１００の近傍において移動体１００が走行可能な領域と走行不可能な領域とを表す格子地図を生成する。

【0044】

Ｓ７０３において、制御ユニット１３０の経路生成部３０４は、大域経路を取得する。上述のように、移動体の走行軌道の目安を大まかに決定したものであれば、どのように生成されてもよい。経路生成部３０４は、例えばA＊アルゴリズムを用いて格子地図上の障害物に衝突しない大域経路を生成してもよい。

【0045】

Ｓ７０４において、制御ユニット１３０の経路生成部３０４は、上述したように、クロソイド曲線を含んだ、移動体が走行する軌道（局所経路）を生成する。本ステップにおける走行軌道を生成する処理については、図８を参照して後述する。

【0046】

Ｓ７０５において、制御ユニット１３０の経路生成部３０４は、生成された軌道に基づいて、移動体１００の制御量を生成する。本ステップにおける制御量を決定する処理については、図８を参照して後述する。

【0047】

Ｓ７０６において、制御ユニット１３０の走行制御部３０５は、経路生成部３０４によって決定された制御量（速度ｖ及び角速度ω）を用いて、モータ１２２ａ及び１２２ｂを制御し、移動体１００の走行を制御する。

【0048】

Ｓ７０７において、制御ユニット１３０は、最終目標位置に到着したかを判定する。制御ユニット１３０は、最終目標位置に到着していないと判定した場合には、処理をＳ７０１に戻して処理を繰り返す。制御ユニット１３０は、最終目標位置に到着したと判定した場合には本一連の処理を終了する。

【0049】

＜移動体１００における軌道生成と制御量を決定する処理の一連の動作＞
次に、経路生成部３０４によって実行される、軌道生成と制御量を決定する処理の一連の動作について説明する。なお、本処理は、制御ユニット１３０が記憶装置１３５に格納されるプログラムを制御ユニット１３０のメモリデバイスに展開し、実行することにより実現される。また、本処理は、Ｓ８０１～Ｓ８０２の処理が上記Ｓ７０４において実行され、続いて、Ｓ８０３がＳ７０５において実行される。

【0050】

Ｓ８０１において、経路生成部３０４は、大域経路を用いて、クロソイド曲線の曲率変化点の初期曲率を算出する。具体的には、経路生成部３０４は、まず、障害物の存在を考慮しないで、大域経路に近い経路を生成し、次のステップで経路を生成するための、初期の経路を提供する。本ステップで生成される経路は、上述の式（１）において、Ｃ_poserrのみを用いて最適化演算を行い、曲率変化点の曲率を算出することに対応する。経路生成部３０４は、Ｃ_poserrとＣ_oscilationのみを用いるようにしてもよい。本ステップの処理を行うことにより、Ｓ８０２の最適化演算において決定する曲率が局所解に陥る可能性を低減することができ、より精度の高い最適解を得ることができるようになる。

【0051】

Ｓ８０２において、経路生成部３０４は、大域経路と格子地図と過去の経路とを用いて、クロソイド曲線の曲率変化点を算出する。すなわち、経路生成部３０４は、上述した方法により、上述の式（１）を構成する各コスト（Ｃ_poserr、Ｃ_obstacle、Ｃ_oscilation）を用いて、例えば３つの曲率変化点における曲率を求める（軌道を生成する）。

【0052】

Ｓ８０３において、経路生成部３０４は、生成された軌道に基づいて、目標速度及び目標角速度の組み合わせを決定する。具体的には、経路生成部３０４は、生成された軌道を参照して、制御量決定処理の開始時の速度ｖ_maxを決定する。そして、経路生成部３０４は、以下で説明する制御量決定処理を行う。

【0053】

図９Ａ～図９Ｃには、曲率変化点６０１～６０３で決定された軌道において、所定の曲率参照範囲内のうち、絶対値が最も大きい曲率を決定する例を示している。図９Ａの例では、経路生成部３０４は、移動体の位置から９０１の距離までの曲率参照範囲のうち、曲率９０２を絶対値が最も大きい曲率K_maxとして決定する。図９Ｂの例では、経路生成部３０４は、移動体の位置から９０１の距離までの曲率参照範囲のうち、曲率９１１を絶対値が最も大きい曲率K_maxとして決定する。更に、図９Ｃの例では、経路生成部３０４は、移動体の位置から９０１の距離までの曲率参照範囲のうち、曲率９２１を絶対値が最も大きい曲率K_maxとして決定する。このように、絶対値の最も大きい曲率を参照することにより、生成した軌道の曲率を参照した場合に、きついカーブが向かっている、或いは、きついカーブを走行している場合には、経路生成部３０４は、以降の処理により、速度、角速度を低減するように制御する。経路生成部３０４は、図９Ａ～９Ｃの例により決定された曲率において、ｖ_max = ω_max / K_max に従ってｖ_maxを決定する。ω_maxは移動体１００の特性などから予め定められてよい。

【0054】

なお、経路生成部３０４は、曲率参照範囲を、現在の移動体１００の速度或いは減速加速度に応じて異ならせてよい。例えば、経路生成部３０４は、現在の移動体１００の速度が高い場合には、曲率参照範囲を狭くすることができる。すなわち、経路生成部３０４は、現在の移動体１００の速度が高い場合には、速度及び角速度の選択に対して、より強い制約がかかるようにして、安全性や安定した乗り心地を提供できるようにする。

【0055】

次に、経路生成部３０４による、制御量決定処理について、図１０を参照して説明する。なお、本処理は、制御ユニット１３０が記憶装置１３５に格納されるプログラムを制御ユニット１３０のメモリデバイスに展開し、実行することにより実現される。

【0056】

Ｓ１００１において、経路生成部３０４は、ｖ_maxを参照速度ｖ_refに代入してｖ_refを求め、その後、ω_ref ← ｖ_ref * K_ref に従って参照角速度ω_refを決定する。なお、参照曲率K_refは、例えば、移動体１００の速度の大きさに応じて軌道の先端まで参照した値である。

【0057】

Ｓ１００２において、経路生成部３０４は、参照速度や参照角速度の条件において、移動体の加速度が所定の加速度以下（並進加速度０．１Ｇ以下）であるかを判定する。経路生成部３０４は、加速度が所定の加速度以下である場合にＳ１００４に処理を進め、そうでない場合、Ｓ１００３に処理を進める。Ｓ１００３において、経路生成部３０４は、Ｓ１００２の所定の加速度に収まるように、ｖ_refを変更する（減速する）。

【0058】

Ｓ１００４において、経路生成部３０４は、参照速度や参照角速度の条件において、移動体の減速加速度が所定の減速加速度以下（減速加速度０．０１Ｇ以下）であるかを判定する。経路生成部３０４は、減速加速度が所定の減速加速度以下である場合にＳ１００６に処理を進め、そうでない場合、Ｓ１００５に処理を進める。Ｓ１００５では、経路生成部３０４は、Ｓ１００４の所定の減速加速度に収まるように、ｖ_refを変更する。

【0059】

Ｓ１００６において、経路生成部３０４は、参照速度や参照角速度の条件において、移動体の角速度の絶対値が所定の角速度の大きさ以下（|ω_ref|≦|ω_max|以下）であるかを判定する。経路生成部３０４は、減速加速度が所定の減速加速度以下である場合にＳ１００８に処理を進め、そうでない場合、Ｓ１００７に処理を進める。Ｓ１００７では、経路生成部３０４は、|ω_ref|が所定の角速度を満たすようにｖ_refを変更する。

【0060】

Ｓ１００８において、経路生成部３０４は、移動体の左右方向の加速度（ａ_ｙ＝ω_ref *ｖ_ref）が所定値以下であるかを判定する。経路生成部３０４は、左右方向の加速度が所定値以下である場合にＳ１００９に処理を進め、そうでない場合、Ｓ１００７に処理を進める。

【0061】

Ｓ１００９では、経路生成部３０４は、算出した参照速度ｖ_refと参照角速度ω_refを制御量として（目標速度ｖ及び目標角速度ωとして）決定する。経路生成部３０４は、その後、本処理を終了して、Ｓ８０３の処理に戻る。経路生成部３０４は、Ｓ８０３の処理を終了すると、図８に示す一連の処理を終了する。

【0062】

以上説明したように、上述の実施形態では、移動体１００において、それぞれの軌道の曲率が距離に対して線形に変化する複数の軌道（すなわちクロソイド曲線）と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて構成される軌道を用いて、移動体１００が走行すべき軌道を生成するようにした。このようにすることで、自由度の高い走行軌道の生成と乗り心地の確保とを両立することが可能になる。また、本実施形態では、生成した軌道（例えば所定範囲内の曲率）に基づいて、加速度や角速度が一定条件を満たすように移動体の目標速度及び目標角速度（すなわち移動体の制御量）を決定するようにした。このようにすることで、更に、安全性や乗り心地を考慮した移動体の制御が可能になり、加速や旋回によって乗員にかかる負荷を軽減することができる。

【0063】

なお、上述した制御ユニット１３０の構成は、移動体制御システムとして様々な形態で機能してよい。例えば、上述の制御ユニット１３０の少なくとも一部が移動体１００の外部の装置、例えば外部のサーバ上で構成される形態で、移動体制御システムを構成してもよい。或いは、移動体制御システムは移動体１００であってもよいし、移動体１００の内部に組み込まれるように構成されてもよい（すなわち制御ユニット１３０であってもよい）。また、上述の移動体１００を動作させるコンピュータプログラムは、１つ以上のコンピュータを、移動体制御システムの各手段として機能させるためのコンピュータプログラムであってよい。

【0064】

＜実施形態のまとめ＞
１．上記実施形態の移動体（例えば１００）の動作を制御する移動体制御システムは、
それぞれの軌道の曲率が距離に対して線形に変化する複数の軌道と、曲率が非線形に変化する曲率変化点とを組み合わせて構成される前記移動体の位置から目標位置までの軌道を用いて、前記移動体が走行すべき軌道を生成する生成手段（例えば、３０４）と、
前記生成された軌道に基づいて、前記移動体の走行を制御する制御量を決定する決定手段（例えば、３０４）と、を有する。

【0065】

この実施形態によれば、自由度の高い走行軌道の生成と乗り心地の確保とを両立することが可能になる。

【0066】

２．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記移動体が走行すべき軌道は複数の曲率変化点を含み、
前記生成手段は、前記複数の曲率変化点の曲率を決定することにより、前記移動体が走行すべき軌道を生成する。

【0067】

この実施形態によれば、自由度の高い軌道を生成する場合であっても軌道の曲率がなめらかに変化するため、移動体に乗る乗員の乗り心地を確保することが可能になる。

【0068】

３．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記生成手段は、障害物が存在する位置を示す情報を参照し、生成する軌道の位置が障害物が存在する位置に接近するほどコストが増加するコスト関数を用いて、前記複数の曲率変化点の曲率を決定する。

【0069】

この実施形態によれば、自由度の高い軌道を生成する場合であっても障害物を適切に回避した軌道を生成することが可能になる。

【0070】

４．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記生成手段は、予め定められた前記移動体の参照軌道を示す情報を参照し、生成する軌道が前記参照軌道から乖離するほどコストが増加するコスト関数を用いて、前記複数の曲率変化点の曲率を決定する。

【0071】

この実施形態によれば、自由度の高い軌道を生成する場合であっても参照軌道から大きく逸脱することのない軌道を生成することが可能になる。

【0072】

５．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記生成手段は、所定の時間前に生成した前記移動体が走行すべき軌道を参照し、生成する軌道が前記所定の時間前に生成した前記移動体が走行すべき軌道からの変化量が大きいほどコストが増加するコスト関数を用いて、前記複数の曲率変化点の曲率を決定する。

【0073】

この実施形態によれば、自由度の高い軌道を生成する場合であっても急激な軌道の変更を抑制することが可能になる。

【0074】

６．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記移動体が走行すべき軌道は３つの曲率変化点を有する。

【0075】

この実施形態によれば、自由度の高い走行軌道を生成しつつ、最適化のための計算量を抑制することが可能になる。

【0076】

７．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記決定手段は、前記生成された軌道の曲率のうちの最も大きい曲率に基づいて、前記制御量である前記移動体の速度と角速度とを算出する。

【0077】

この実施形態によれば、安全性や乗り心地に関する制約を満たしながら、最も生成された軌道に従う制御量を決定することが可能になる。

【0078】

８．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記決定手段は、前記生成された軌道の曲率のうち、現在の前記移動体の速度に応じて異なる所定の範囲内において最も大きい曲率に基づいて、前記制御量である前記移動体の速度と角速度とを決定する、。

【0079】

この実施形態によれば、速度及び角速度の選択により強い制約がかかるようにして、安全性や安定した乗り心地を提供できるようになる。

【0080】

９．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記決定手段は、前記移動体の速度と角速度が、前記移動体が安定して走行するための制約を満たさない場合、前記移動体の速度と角速度を当該制約を満たすように変更する。

【0081】

この実施形態によれば、安全性や乗り心地を考慮した移動体の制御が可能になり、加速や旋回によって乗員にかかる負荷を軽減することが可能になる。

【0082】

１０．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記移動体の撮像手段で撮像された画像に基づいて障害物が存在する位置を検知する検知手段を更に有し、
前記目標位置までの最大距離は、前記検知手段が障害物を検知可能な範囲に従って設定される。

【0083】

この実施形態によれば、移動体において障害物等を十分に検知可能な範囲内に走行軌道を制限することができる。

【0084】

１１．上述の実施形態に係る移動体制御システムでは、
前記目標位置までの最大距離は、前記移動体の走行を制御可能な制動距離に従って設定される。

【0085】

この実施形態によれば、移動体１００の停止等の制御を十分可能な範囲内に走行軌道を制限することができる。

【0086】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0087】

１００…移動体、１２０…駆動輪、１２１…従動輪、１３０…制御ユニット、３０３…格子地図生成部、３０４…経路生成部、３０５…走行制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】