特許 7524888 制御システム、制御装置、制御方法、制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-22

(45)【発行日】2024-07-30

(54)【発明の名称】制御システム、制御装置、制御方法、制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/65 20240101AFI20240723BHJP

   G05D 1/83 20240101ALI20240723BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

G05D1/65

G05D1/83

G05D1/43

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021207404

(22)【出願日】2021-12-21

(65)【公開番号】P2023092266

(43)【公開日】2023-07-03

【審査請求日】2023-09-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】青木 崇

【審査官】尾形 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１２９６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－５８６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８６７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／００－ １／８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセッサ（１２）を有し、バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御する制御システムであって、
前記プロセッサは、
前記バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大速度である旋回最大速度（Ｖｍ）を、前記直進走行時の最大速度である直進最大速度（Ｖｍｅ，Ｖｍｗ）よりも小さく制限することとを、実行するように構成され、
前記旋回最大速度を制限することは、
前記走行制約の条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、前記旋回最大速度が前記直進最大速度よりも小さくなる速度相関範囲（Ｃｖ，Ｃｖｗ）内に、前記自律走行ロボットの実速度及び実ヨーレートを制御することを、含む制御システム。

【請求項2】

前記プロセッサは、
前記自律走行ロボットに対して、前記目標軌道に追従するための目標速度（Ｖｔ）及び目標ヨーレート（ＹＶｔ）を設定することを、さらに実行するように構成され、
前記旋回最大速度を制限することは、
前記走行制約の条件成立となる前記速度相関範囲外に外れた相関点の前記目標速度及び前記目標ヨーレートを、前記速度相関範囲内のうち限界点（Ｐｖ）を与える値（Ｖｌ，ＹＶｌ）まで共通の制限比率（Ｒｖ）にて調整することを、含む請求項１に記載の制御システム。

【請求項3】

前記プロセッサは、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、前記直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限することを、さらに実行するように構成される請求項１又は２に記載の制御システム。

【請求項4】

プロセッサ（１２）を有し、バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御する制御システムであって、
前記プロセッサは、
前記バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、前記直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限することとを、実行するように構成され、
前記旋回最大加速度を制限することは、
前記走行制約の条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、前記旋回最大加速度が前記直進最大加速度よりも小さくなる加速度相関範囲（Ｃａ，Ｃａｗ）内に、前記自律走行ロボットの実加速度及び実ヨーレート変化率を制御することを、含む制御システム。

【請求項5】

前記プロセッサは、
前記自律走行ロボットに対して、前記目標軌道に追従するための目標加速度（Ａｔ）及び目標ヨーレート変化率（ＹＡｔ）を設定することを、さらに実行するように構成され、
前記旋回最大加速度を制限することは、
前記走行制約の条件成立となる前記加速度相関範囲外に外れた相関点の前記目標加速度及び前記目標ヨーレート変化率を、前記加速度相関範囲内のうち限界点（Ｐａ）を与える値（Ａｌ，ＹＡｌ）まで、共通の制限比率（Ｒａ）にて調整することを、含む請求項４に記載の制御システム。

【請求項6】

前記走行制約の条件成立を監視することは、
前記電力制約と、前記自律走行ロボットの走行環境に依存する環境制約（Ｌｅ）とが、含まれる前記走行制約の条件成立を監視することとを、含む請求項１～５のいずれか一項に記載の制御システム。

【請求項7】

プロセッサ（１２）を有し、バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）に搭載可能に構成され、前記自律走行ロボットを目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御する制御装置であって、
前記プロセッサは、
前記バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大速度である旋回最大速度（Ｖｍ）を、前記直進走行時の最大速度である直進最大速度（Ｖｍｅ，Ｖｍｗ）よりも小さく制限することとを、実行するように構成され、
前記旋回最大速度を制限することは、
前記走行制約の条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、前記旋回最大速度が前記直進最大速度よりも小さくなる速度相関範囲（Ｃｖ，Ｃｖｗ）内に、前記自律走行ロボットの実速度及び実ヨーレートを制御することを、含む制御装置。

【請求項8】

プロセッサ（１２）を有し、バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）に搭載可能に構成され、前記自律走行ロボットを目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御する制御装置であって、
前記プロセッサは、
前記バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、前記直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限することとを、実行するように構成され、
前記旋回最大加速度を制限することは、
前記走行制約の条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、前記旋回最大加速度が前記直進最大加速度よりも小さくなる加速度相関範囲（Ｃａ，Ｃａｗ）内に、前記自律走行ロボットの実加速度及び実ヨーレート変化率を制御することを、含む制御装置。

【請求項9】

バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御するために、プロセッサ（１２）により実行される制御方法であって、
前記バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大速度である旋回最大速度（Ｖｍ）を、前記直進走行時の最大速度である直進最大速度（Ｖｍｅ，Ｖｍｗ）よりも小さく制限することとを、含み、
前記旋回最大速度を制限することは、
前記走行制約の条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、前記旋回最大速度が前記直進最大速度よりも小さくなる速度相関範囲（Ｃｖ，Ｃｖｗ）内に、前記自律走行ロボットの実速度及び実ヨーレートを制御することを、含む制御方法。

【請求項10】

バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御するために、プロセッサ（１２）により実行される制御方法であって、
前記バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、前記直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限することとを、含み、
前記旋回最大加速度を制限することは、
前記走行制約の条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、前記旋回最大加速度が前記直進最大加速度よりも小さくなる加速度相関範囲（Ｃａ，Ｃａｗ）内に、前記自律走行ロボットの実加速度及び実ヨーレート変化率を制御することを、含む制御方法。

【請求項11】

バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御するために記憶媒体（１１）に記憶され、プロセッサ（１２）により実行される命令を含む制御プログラムであって、
前記命令は、
前記バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視させることと、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大速度である旋回最大速度（Ｖｍ）を、前記直進走行時の最大速度である直進最大速度（Ｖｍｅ，Ｖｍｗ）よりも小さく制限させることとを、含み、
前記旋回最大速度を制限させることは、
前記走行制約の条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、前記旋回最大速度が前記直進最大速度よりも小さくなる速度相関範囲（Ｃｖ，Ｃｖｗ）内に、前記自律走行ロボットの実速度及び実ヨーレートを制御させることを、含む制御プログラム。

【請求項12】

バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御するために記憶媒体（１１）に記憶され、プロセッサ（１２）により実行される命令を含む制御プログラムであって、
前記命令は、
前記バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視させることと、
前記走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での前記旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、前記直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限させることとを、含み、
前記旋回最大加速度を制限させることは、
前記走行制約の条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、前記旋回最大加速度が前記直進最大加速度よりも小さくなる加速度相関範囲（Ｃａ，Ｃａｗ）内に、前記自律走行ロボットの実加速度及び実ヨーレート変化率を制御させることを、含む制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、自律走行ロボットを制御する制御技術に、関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、個別の電動アクチュエータにより駆動される一対の駆動輪間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボットを、目標軌道としての経路に沿って制御する技術が、開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－１２９６９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の開示技術のような電動式の自律走行ロボットは、各駆動輪を駆動する個別の電動アクチュエータを、バッテリからの電力供給によって作動させる必要がある。しかし、自律走行ロボットに搭載されるバッテリには、充電量に応じて供給可能な電力に制約が生じることで、各駆動輪の回転速度にも制約が生じる。その結果、特に旋回走行時には、回転速度を増大させる側の駆動輪が制約を受けることで、自律走行ロボットが実際に辿る実軌道は、目標軌道としての経路からずれてしまうおそれがあった。

【0005】

本開示の課題は、自律走行ロボットの軌道ずれを抑制する制御システムを、提供することにある。本開示の別の課題は、自律走行ロボットの軌道ずれを抑制する制御装置を、提供することにある。本開示のまた別の課題は、自律走行ロボットの軌道ずれを抑制する制御方法を、提供することにある。本開示のさらに別の課題は、自律走行ロボットの軌道ずれを抑制する制御プログラムを、提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下、課題を解決するための本開示の技術的手段について、説明する。尚、特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

【0007】

本開示の第一態様は、
プロセッサ（１２）を有し、バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御する制御システムであって、
プロセッサは、
バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での旋回走行時の最大速度である旋回最大速度（Ｖｍ）を、直進走行時の最大速度である直進最大速度（Ｖｍｅ，Ｖｍｗ）よりも小さく制限することとを、実行するように構成され、
旋回最大速度を制限することは、
走行制約の条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、旋回最大速度が直進最大速度よりも小さくなる速度相関範囲（Ｃｖ，Ｃｖｗ）内に、自律走行ロボットの実速度及び実ヨーレートを制御することを、含む。

【0008】

本開示の第二態様は、
プロセッサ（１２）を有し、バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）に搭載可能に構成され、自律走行ロボットを目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御する制御装置であって、
プロセッサは、
バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での旋回走行時の最大速度である旋回最大速度（Ｖｍ）を、直進走行時の最大速度である直進最大速度（Ｖｍｅ，Ｖｍｗ）よりも小さく制限することとを、実行するように構成され、
旋回最大速度を制限することは、
走行制約の条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、旋回最大速度が直進最大速度よりも小さくなる速度相関範囲（Ｃｖ，Ｃｖｗ）内に、自律走行ロボットの実速度及び実ヨーレートを制御することを、含む。

【0009】

本開示の第三態様は、
バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御するために、プロセッサ（１２）により実行される制御方法であって、
バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での旋回走行時の最大速度である旋回最大速度（Ｖｍ）を、直進走行時の最大速度である直進最大速度（Ｖｍｅ，Ｖｍｗ）よりも小さく制限することとを、含み、
旋回最大速度を制限することは、
走行制約の条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、旋回最大速度が直進最大速度よりも小さくなる速度相関範囲（Ｃｖ，Ｃｖｗ）内に、自律走行ロボットの実速度及び実ヨーレートを制御することを、含む。

【0010】

本開示の第四態様は、
バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御するために記憶媒体（１１）に記憶され、プロセッサ（１２）により実行される命令を含む制御プログラムであって、
命令は、
バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視させることと、
走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での旋回走行時の最大速度である旋回最大速度（Ｖｍ）を、直進走行時の最大速度である直進最大速度（Ｖｍｅ，Ｖｍｗ）よりも小さく制限させることとを、含み、
旋回最大速度を制限させることは、
走行制約の条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、旋回最大速度が直進最大速度よりも小さくなる速度相関範囲（Ｃｖ，Ｃｖｗ）内に、自律走行ロボットの実速度及び実ヨーレートを制御させることを、含む。

【0011】

これら第一～第四態様によると、バッテリの電力制約を含む走行制約が監視されることで、当該走行制約の条件成立に応じて最小旋回半径での旋回最大速度が直進最大速度よりも小さく制限される。これによれば電力制約が生じたとしても、自律走行ロボットの実軌道が目標軌道に沿うように回転速度差を各駆動輪に発生させつつ、旋回走行時には制限された速度を出力することができる。故にバッテリの電力供給状態に拘らず、自律走行ロボットの軌道ずれを抑制することが可能となる。

【0012】

本開示の第五態様は、
プロセッサ（１２）を有し、バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御する制御システムであって、
プロセッサは、
バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限することとを、実行するように構成され、
旋回最大加速度を制限することは、
走行制約の条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、旋回最大加速度が直進最大加速度よりも小さくなる加速度相関範囲（Ｃａ，Ｃａｗ）内に、自律走行ロボットの実加速度及び実ヨーレート変化率を制御することを、含む。

【0013】

本開示の第六態様は、
プロセッサ（１２）を有し、バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）に搭載可能に構成され、自律走行ロボットを目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御する制御装置であって、
プロセッサは、
バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限することとを、実行するように構成され、
旋回最大加速度を制限することは、
走行制約の条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、旋回最大加速度が直進最大加速度よりも小さくなる加速度相関範囲（Ｃａ，Ｃａｗ）内に、自律走行ロボットの実加速度及び実ヨーレート変化率を制御することを、含む。

【0014】

本開示の第七態様は、
バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御するために、プロセッサ（１２）により実行される制御方法であって、
バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視することと、
走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限することとを、含み、
旋回最大加速度を制限することは、
走行制約の条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、旋回最大加速度が直進最大加速度よりも小さくなる加速度相関範囲（Ｃａ，Ｃａｗ）内に、自律走行ロボットの実加速度及び実ヨーレート変化率を制御することを、含む。

【0015】

本開示の第八態様は、
バッテリ（４）から電力供給される個別の電動アクチュエータ（５）により駆動される一対の駆動輪（３０）間での回転速度差に応じて直進走行と旋回走行との切り替わる自律走行ロボット（１）を、目標軌道（Ｔｔ）に沿って制御するために記憶媒体（１１）に記憶され、プロセッサ（１２）により実行される命令を含む制御プログラムであって、
命令は、
バッテリの電力制約（Ｌｗ）が含まれる走行制約（Ｌ）を、監視させることと、
走行制約の条件成立に応じて、最小旋回半径での旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度（Ａｍ）を、直進走行時の最大加速度である直進最大加速度（Ａｍｅ，Ａｍｗ）よりも小さく制限させることとを、含み、
旋回最大加速度を制限させることは、
走行制約の条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、旋回最大加速度が直進最大加速度よりも小さくなる加速度相関範囲（Ｃａ，Ｃａｗ）内に、自律走行ロボットの実加速度及び実ヨーレート変化率を制御させることを、含む。

【0016】

これら第五～第八態様によると、バッテリの電力制約を含む走行制約が監視されることで、当該走行制約の条件成立に応じて最小旋回半径での旋回最大加速度が直進最大加速度よりも小さく制限される。これによれば電力制約が生じたとしても、自律走行ロボットの実軌道が目標軌道に沿うように回転速度差を各駆動輪に発生させつつ、旋回走行時には制限された加速度を出力することができる。故にバッテリの電力供給状態に拘らず、自律走行ロボットの軌道ずれを抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施形態による制御システムの全体構成を示すブロック図である。

【図2】一実施形態の適用される自動走行ロボットの構成を示すブロック図である。

【図3】一実施形態による制御システムの機能構成を示すブロック図である。

【図4】一実施形態による第一速度相関ブロックを説明するためのグラフである。

【図5】一実施形態による第二速度相関ブロックを説明するためのグラフである。

【図6】一実施形態による合成速度相関ブロックを説明するためのグラフである。

【図7】一実施形態による速度制限ブロックを説明するためのグラフである。

【図8】一実施形態による速度制限ブロックを説明するためのグラフである。

【図9】一実施形態による第一加速度相関ブロックを説明するためのグラフである。

【図10】一実施形態による第二加速度相関ブロックを説明するためのグラフである。

【図11】一実施形態による合成加速度相関ブロックを説明するためのグラフである。

【図12】一実施形態による加速度制限ブロックを説明するためのグラフである。

【図13】一実施形態による加速度制限ブロックを説明するためのグラフである。

【図14】一実施形態による制御フローを示すフローチャートである。

【図15】変形例による制御システムの機能構成を示すブロック図である。

【図16】変形例による制御システムの機能構成を示すブロック図である。

【図17】変形例による制御システムの機能構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本開示の一実施形態を図面に基づき説明する。

【0019】

図１に示す一実施形態の制御システム１０は、図２に示す自律走行ロボット１を制御する。自律走行ロボット１は、前後左右の任意方向に自律走行する。自律走行ロボット１は、道路を自律走行して荷物を宅配する、宅配ロボットであってもよい。自律走行ロボット１は、倉庫内外を自律走行して荷物を運搬する、物流ロボットであってもよい。自律走行ロボット１は、災害地を自律走行して物資を運搬又は情報を収集する、災害支援ロボットであってもよい。自律走行ロボット１は、これら以外のロボットであっても勿論よい。さらにいずれの種の自律走行ロボット１であっても、外部センサによりリモートでの走行支援又は走行制御を受けてもよい。

【0020】

自律走行ロボット１は、車体２、車輪３、バッテリ４、電動アクチュエータ５、センサ系６、地図データベース７、及び情報提示系８を備えている。車体２は、例えば金属等により、中空状に形成されている。

【0021】

車輪３は、車体２により複数支持されている。各車輪３は、それぞれ独立して回転可能に構成されている。複数車輪３のうち、車体２の左右に一つずつとなる一対の駆動輪３０は、それぞれ個別の電動アクチュエータ５により独立して駆動される。これら各駆動輪３０間での回転速度差（即ち、単位時間当たりの回転数差）に応じて、自律走行ロボット１の走行状態が直進走行と旋回走行とのいずれかに切り替わる。具体的には、各駆動輪３０間での回転速度差が零値、又は零値と擬制可能な範囲では、自律走行ロボット１が直進走行する。一方、各駆動輪３０間での回転速度差が増大する範囲では、自律走行ロボット１の旋回走行する旋回半径が、当該回転速度差の増大に応じて縮小する。ここで旋回半径とは、車体２の鉛直中心線と旋回走行の旋回中心との距離を意味する。尚、複数車輪３には、駆動輪３０に従動して回転する少なくとも一つの従動輪が、含まれていてもよい。

【0022】

バッテリ４は、車体２内に搭載されている。バッテリ４は、例えばリチウムイオン電池等の蓄電池を主体に、構成されている。バッテリ４は、放電によって車体２内の電装品へ供給する電力を、外部からの充電により蓄える。バッテリ４は、電動アクチュエータ５からの回生電力を、蓄えてもよい。バッテリ４は、電力の供給先となる電動アクチュエータ５、センサ系６、地図データベース７、及び情報提示系８に対し、ワイヤハーネスを介して電力供給可能に接続されている。

【0023】

電動アクチュエータ５は、車体２内に一対搭載されている。各電動アクチュエータ５は、それぞれ電動モータ５０及びモータドライバ５２の組を主体に構成されている。各電動アクチュエータ５において電動モータ５０は、それぞれ対応する駆動輪３０を独立して回転駆動する。各電動アクチュエータ５においてモータドライバ５２は、同一組の電動モータ５０へ印加する電流を制御システム１０からの電流指令値に応じて制御することで、それぞれ対応する駆動輪３０に対して当該電流指令値に従う回転速度（即ち、単位時間当たりの回転数）を発生させる。各電動アクチュエータ５は、それぞれ対応する駆動輪３０の回転中に制動を与える、ブレーキユニットを備えていてもよい。各電動アクチュエータ５は、それぞれ対応する駆動輪３０を停止中にロックする、ロックユニットを備えていてもよい。

【0024】

センサ系６は、制御システム１０により利用可能なセンシング情報を、自律走行ロボット１における外界及び内界のセンシングにより取得する。そのためにセンサ系６の構成要素は、車体２の複数箇所に搭載されている。具体的にセンサ系６は、外界センサ６０と内界センサ６１とを含んで構成されている。

【0025】

外界センサ６０は、自律走行ロボット１の周辺環境となる外界から、センシング情報としての外界情報を取得する。外界センサ６０は、自律走行ロボット１の外界に存在する物標を検知することで、外界情報を取得する。物標検知タイプの外界センサ６０は、例えばカメラ、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging / Laser Imaging Detection and Ranging）、レーダ、及びソナー等のうち、少なくとも一種類である。

【0026】

外界センサ６０は、自律走行ロボット１の外界に存在するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の人工衛星から測位信号を受信することで、外界情報を取得してもよい。測位タイプの外界センサ６０は、例えばＧＮＳＳ受信機等である。外界センサ６０は、自律走行ロボット１の外界に存在するＶ２Ｘシステムとの間において通信信号を送受信することで、外界情報を取得してもよい。通信タイプの外界センサ６０は、例えばＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）通信機、セルラＶ２Ｘ（C-V2X）通信機、ブルートゥース（Bluetooth：登録商標）機器、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）機器、及び赤外線通信機器等のうち、少なくとも一種類である。

【0027】

内界センサ６１は、自律走行ロボット１の内部環境となる内界から、センシング情報としての内界情報を取得する。内界センサ６１は、自律走行ロボット１の内界において特定の運動物理量を検知することで、内界情報を取得する。物理量検知タイプの内界センサ６１は、例えば速度センサ、加速度センサ、及びヨーレートセンサを少なくとも含んだ、複数種類である。

【0028】

地図データベース７は、制御システム１０により利用可能な地図情報を、記憶する。地図データベース７は、例えば半導体メモリ、磁気媒体、及び光学媒体等のうち、少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）を含んで構成されている。地図データベース７は、自律走行ロボット１の自己位置を含む自己状態量を推定するロケータの、データベースであってもよい。地図データベース７は、自律走行ロボット１の走行を計画するプランニングユニットの、データベースであってもよい。地図データベース７は、これらのデータベース等のうち複数種類の組み合わせにより、構成されていてもよい。

【0029】

地図データベース７は、例えば外部センタとの通信等により、最新の地図情報を取得して記憶する。ここで地図情報は、自律走行ロボット１の走行環境を表す情報として、二次元又は三次元にデータ化されている。特に三次元の地図データとしては、高精度地図のデジタルデータが採用されるとよい。地図情報は、例えば道路自体の位置、形状、及び路面状態等のうち、少なくとも一種類を表した道路情報を含んでいてもよい。地図情報は、例えば道路に付属する標識及び区画線の位置並びに形状等のうち、少なくとも一種類を表した標示情報を含んでいてもよい。地図情報は、例えば道路に面する建造物及び信号機の位置並びに形状等のうち、少なくとも一種類を表した構造物情報を含んでいてもよい。

【0030】

情報提示系８は、自律走行ロボット１の周辺者へ向けた報知情報を、提示する。情報提示系８は、周辺者の視覚を刺激することで、報知情報を提示してもよい。視覚刺激タイプの情報提示系８は、例えばモニタユニット、及び発光ユニット等のうち、少なくとも一種類である。情報提示系８は、周辺者の聴覚を刺激することで、報知情報を提示してもよい。聴覚刺激タイプの情報提示系８は、例えばスピーカ、ブザー、及びバイブレーションユニット等のうち、少なくとも一種類である。

【0031】

図１に示す制御システム１０は、車体２に搭載されたコンピュータを主体とする、少なくとも一つの専用コンピュータを含んで構成されている。そこで、制御システム１０を構成する専用コンピュータは、例えばＬＡＮ（Local Area Network）回線、ワイヤハーネス、内部バス、及び無線通信回線等のうち少なくとも一種類を介して、図２に示すバッテリ４、電動アクチュエータ５、センサ系６、地図データベース７、及び情報提示系８に接続されている。

【0032】

図１の制御システム１０を構成する専用コンピュータは、自律走行ロボット１の走行する目標軌道を計画する、プランニングＥＣＵ（Electronic Control Unit）であってもよい。制御システム１０を構成する専用コンピュータは、自律走行ロボット１の目標軌道に実軌道を追従させる、軌道制御ＥＣＵであってもよい。制御システム１０を構成する専用コンピュータは、自律走行ロボット１の電動アクチュエータ５を制御する、アクチュエータＥＣＵであってもよい。制御システム１０を構成する専用コンピュータは、自律走行ロボット１のセンサ系６を制御する、センシングＥＣＵであってもよい。制御システム１０を構成する専用コンピュータは、自律走行ロボット１の自己位置を含む自己状態量を地図データベース７に基づき推定する、ロケータＥＣＵであってもよい。制御システム１０を構成する専用コンピュータは、自律走行ロボット１の情報提示系８を制御する、表示ＥＣＵであってもよい。制御システム１０を構成する専用コンピュータは、例えば通信タイプの外界センサ６０を介して通信可能な外部センタ又はモバイル端末等を構成する、車体２外のコンピュータであってもよい。

【0033】

制御システム１０を構成する専用コンピュータは、メモリ１１及びプロセッサ１２を、少なくとも一つずつ有している。メモリ１１は、コンピュータにより読み取り可能なプログラム及びデータ等を非一時的に記憶する、例えば半導体メモリ、磁気媒体、及び光学媒体等のうち、少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）である。プロセッサ１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）－ＣＰＵ、ＤＦＰ（Data Flow Processor）、及びＧＳＰ（Graph Streaming Processor）等のうち、少なくとも一種類をコアとして含んでいる。

【0034】

制御システム１０においてプロセッサ１２は、自律走行ロボット１を制御するためにメモリ１１に記憶された制御プログラムに含まれる複数の命令を、実行する。これにより制御システム１０は、自律走行ロボット１を制御するための機能ブロックを、複数構築する。制御システム１０において構築される複数の機能ブロックには、図３に示すように前段目標設定ブロック１００、制約監視ブロック１１０、速度調整ブロック１２０、加速度調整ブロック１３０、及び指令調整ブロック１４０が含まれている。

【0035】

前段目標設定ブロック１００は、複数のサブ機能ブロックとして目標軌道計画ブロック１０１、及び軌道追従制御ブロック１０２を有している。

【0036】

目標軌道計画ブロック１０１は、自律走行ロボット１を目標軌道Ｔｔに沿って制御するために、当該目標軌道Ｔｔを計画する。このとき目標軌道計画ブロック１０１は、センサ系６による各種取得情報に基づくことで、自律走行ロボット１の自己状態量を推定する。ここで自己状態量は、自律走行ロボット１の自己位置を含む。自己状態量は他に、自律走行ロボット１の例えば速度及びヨー角等のうち、少なくとも一種類を含んでいてもよい。目標軌道Ｔｔとは、こうした自己状態量の時系列変化を自律走行ロボット１に対して規定する、目標の走行軌道を意味する。

【0037】

軌道追従制御ブロック１０２は、最新の目標軌道Ｔｔを目標軌道計画ブロック１０１から引き継ぐ。それと共に軌道追従制御ブロック１０２は、自律走行ロボット１の実軌道を表す最新の自己状態量を、センサ系６による各種取得情報に基づき取得する。そこで軌道追従制御ブロック１０２は、目標軌道Ｔｔに対して自律走行ロボット１の実軌道が追従するように、軌道追従制御を実行する。こうした軌道追従制御により軌道追従制御ブロック１０２は、実軌道及び目標軌道Ｔｔのそれぞれ規定する自己状態量間の偏差をフィードバック制御により変換することで、目標軌道Ｔｔに追従するための目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔを設定する。

【0038】

制約監視ブロック１１０は、複数のサブ機能ブロックとして第一制約設定ブロック１１１、及び第二制約設定ブロック１１２を有している。

【0039】

第一制約設定ブロック１１１は、バッテリ４における蓄電状態（即ち、充電状態）を監視することで、バッテリ４から供給可能な最新の最大電力を推定する。そこで第一制約設定ブロック１１１は、最大電力に応じて制約される走行制約Ｌを、電力制約Ｌｗと設定して監視する。ここで電力制約Ｌｗとして第一制約設定ブロック１１１は、自律走行ロボット１に対する最大速度Ｖｗ、最大ヨーレートＹＶｗ、最大加速度Ａｗ、及び最大ヨーレート変化率ＹＡｗを決定する。このとき電力制約Ｌｗとなる各運動物理量Ｖｗ，ＹＶｗ，Ａｗ，ＹＡｗは、それぞれ最大電力との相関を規定するようにメモリ１１に記憶された、例えばマップ、テーブル、及び関数式等のうち少なくとも一種類に基づき取得されるとよい。尚、ヨー角速度であるヨーレートに対して、ヨー角加速度であるヨーレート変化率は、当該ヨーレートの時間変化率に定義される。

【0040】

第二制約設定ブロック１１２は、自律走行ロボット１の走行環境に依存した走行制約Ｌを、環境制約Ｌｅと設定して監視する。ここで環境制約Ｌｅとは、自律走行ロボット１の運用される走行環境に関しての、例えば広狭情報、交通量情報、天候情報、障害物情報、時間帯情報、及び明暗情報等の環境要因に応じた制約に、定義される。そこで環境制約Ｌｅとして第二制約設定ブロック１１２は、電力制約Ｌｗの各運動物理量にそれぞれ対応するように、自律走行ロボット１に対する最大速度Ｖｅ、最大ヨーレートＹＶｅ、最大加速度Ａｅ、及び最大ヨーレート変化率ＹＡｅを決定する。このとき、環境制約Ｌｅとなる各運動物理量Ｖｅ，ＹＶｅ，Ａｅ，ＹＡｅは、それぞれ環境要因との相関を規定するようにメモリ１１に記憶された、例えばマップ、テーブル、及び関数式等のうち少なくとも一種類に基づき取得されるとよい。

【0041】

速度調整ブロック１２０は、複数のサブ機能ブロックとして第一速度相関ブロック１２１、第二速度相関ブロック１２２、合成速度相関ブロック１２３、及び速度制限ブロック１２４を有している。

【0042】

第一速度相関ブロック１２１は、最新の電力制約Ｌｗとして最大速度Ｖｗと最大ヨーレートＹＶｗとを、第一制約設定ブロック１１１から引き継ぐ。そこで、図４に右上がり斜めハッチングを付して示すように第一速度相関ブロック１２１は、電力制約Ｌｗの条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲を、第一速度相関範囲Ｃｖｗとして設定する。このとき速度の正負は、走行停止を意味する零値を挟んで、前方への直進走行及び旋回走行をいずれも正とし、後方への直進走行及び旋回走行をいずれも負として定義されるが、逆に定義されてもよい。また一方でヨーレートの正負は、直進走行及び走行停止をいずれも意味する零値を挟んで、右方への旋回走行を正とし、左方への旋回走行を負として定義されるが、逆に定義されてもよい。

【0043】

こうした定義下において第一速度相関ブロック１２１は、直進走行時の最大速度である直進最大速度Ｖｍｗを、正負の最大速度Ｖｗに設定する。それと共に第一速度相関ブロック１２１は、旋回走行時の最大ヨーレートである旋回最大ヨーレートＹＶｍｗを、正負の最大ヨーレートＹＶｗに設定する。これらの設定を前提に第一速度相関ブロック１２１は、速度の絶対値が直進最大速度Ｖｍｗ以下、且つヨーレートの絶対値が旋回最大ヨーレートＹＶｍｗ以下となる範囲を、第一速度相関範囲Ｃｖｗとして取得する。このとき、第一速度相関範囲Ｃｖｗ内における速度及びヨーレートの相関点群のうち、電力制約Ｌｗの条件成立となる第一速度相関範囲Ｃｖｗ外に対しての境界線（図４の輪郭線を参照）を構成する相関点群は、第一速度相関範囲Ｃｖｗの限界点群を意味する。そこで、図４の例において第一速度相関範囲Ｃｖｗの境界を構成する限界点群は、速度の絶対値が直進最大速度Ｖｍｗから漸次減少するほど、ヨーレートの絶対値が旋回最大ヨーレートＹＶｍｗまで漸次増大するように、想定されている。

【0044】

図３に示す第二速度相関ブロック１２２は、最新の環境制約Ｌｅとして最大速度Ｖｅと最大ヨーレートＹＶｅとを、第二制約設定ブロック１１２から引き継ぐ。そこで、図５に左上がり斜めハッチングを付して示すように第二速度相関ブロック１２２は、環境制約Ｌｅの条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲を、第二速度相関範囲Ｃｖｅとして設定する。このとき速度の正負は、第一速度相関範囲Ｃｖｗの場合と同様に定義される。

【0045】

こうした定義下において第二速度相関ブロック１２２は、直進走行時の最大速度である直進最大速度Ｖｍｅを、正負の最大速度Ｖｅに設定する。それと共に第二速度相関ブロック１２２は、旋回走行時の最大ヨーレートである旋回最大ヨーレートＹＶｍｅを、正負の最大ヨーレートＹＶｅに設定する。これらの設定を前提に第二速度相関ブロック１２２は、速度の絶対値が直進最大速度Ｖｍｅ以下、且つヨーレートの絶対値が旋回最大ヨーレートＹＶｍｅ以下となる範囲を、第二速度相関範囲Ｃｖｅとして取得する。このとき、第二速度相関範囲Ｃｖｅ内における速度及びヨーレートの相関点群のうち、環境制約Ｌｅの条件成立となる第二速度相関範囲Ｃｖｅ外に対しての境界線（図５の輪郭線を参照）を構成する相関点群は、第二速度相関範囲Ｃｖｅの限界点群を意味する。そこで、図５の例において第二速度相関範囲Ｃｖｅの境界を構成する限界点群は、速度の絶対値が直進最大速度Ｖｍｅを保つと共に、ヨーレートの絶対値が旋回最大ヨーレートＹＶｍｅを保つように、想定されている。

【0046】

図３に示す合成速度相関ブロック１２３は、最新の第一速度相関範囲Ｃｖｗを第一速度相関ブロック１２１から引き継ぐ。それと共に合成速度相関ブロック１２３は、最新の第二速度相関範囲Ｃｖｅを第二速度相関ブロック１２２から引き継ぐ。そこで、図６にクロスハッチングを付して示すように合成速度相関ブロック１２３は、第一速度相関範囲Ｃｖｗと第二速度相関範囲Ｃｖｅとの相関点の積集合（即ち、共通集合Ｃｖｗ∩Ｃｖｅ）となる範囲を、それら相関範囲Ｃｖｗ，Ｃｖｅを合成した合成速度相関範囲Ｃｖとして設定する。このとき特に本実施形態の合成速度相関範囲Ｃｖは、最小旋回半径での旋回走行時の最大速度である旋回最大速度Ｖｍを、第二速度相関範囲Ｃｖｅでの直進最大速度Ｖｍｅよりも小さく制限する範囲に、調整される。こうして決定される合成速度相関範囲Ｃｖは、電力制約Ｌｗと環境制約Ｌｅとを含む走行制約Ｌに対して、内部の相関点を条件成立外の許容対象とする一方、外部の相関点を条件成立の制限対象とすることになる。

【0047】

図３に示す速度制限ブロック１２４は、最新の合成速度相関範囲Ｃｖを合成速度相関ブロック１２３から引き継ぐ。それと共に速度制限ブロック１２４は、最新の目標値として目標速度Ｖｔと目標ヨーレートＹＶｔとを、軌道追従制御ブロック１０２から引き継ぐ。そこで速度制限ブロック１２４は、自律走行ロボット１の実速度及び実ヨーレートを合成速度相関範囲Ｃｖ内に制御するように、目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔを調整する。

【0048】

具体的に、図７に示すように目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔの相関点が合成速度相関範囲Ｃｖ内に存在することで、走行制約Ｌが条件成立外となる場合に速度制限ブロック１２４は、それら目標値Ｖｔ，ＹＶｔの各々をそのまま維持する。一方、図８に示すように目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔの相関点が合成速度相関範囲Ｃｖ外に存在することで、走行制約Ｌが条件成立となる場合に速度制限ブロック１２４は、それら目標値Ｖｔ，ＹＶｔの各々を低減調整する。このとき低減調整によって目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔは、互いに共通となる１未満の制限比率Ｒｖを乗算されることで、それぞれ合成速度相関範囲Ｃｖ内のうち限界点Ｐｖを与える値Ｖｌ，ＹＶｌにまで制限される。こうした制限による各目標値Ｖｔ，ＹＶｔの制限値Ｖｌ，ＹＶｌは、合成速度相関範囲Ｃｖの外部との境界線と、当該制限前における各目標値Ｖｔ，ＹＶｔの相関点から零点へと延ばした仮想線との、交点において限界点Ｐｖを構成することになる。

【0049】

図３に示す加速度調整ブロック１３０は、複数のサブ機能ブロックとして第一加速度相関ブロック１３１、第二加速度相関ブロック１３２、合成加速度相関ブロック１３３、後段目標設定ブロック１３４、及び加速度制限ブロック１３５を有している。

【0050】

第一加速度相関ブロック１３１は、最新の電力制約Ｌｗとして最大加速度Ａｗと最大ヨーレート変化率ＹＡｗとを、第一制約設定ブロック１１１から引き継ぐ。そこで、図９に右上がり斜めハッチングを付して示すように第一加速度相関ブロック１３１は、電力制約Ｌｗの条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲を、第一加速度相関範囲Ｃａｗとして設定する。このとき加速度の正負は、走行停止を意味する零値を挟んで、前方への直進走行及び旋回走行をいずれも正とし、後方への直進走行及び旋回走行をいずれも負として定義されるが、逆に定義されてもよい。また一方でヨーレート変化率の正負は、直進走行及び走行停止をいずれも意味する零値を挟んで、右方への旋回走行を正とし、左方への旋回走行を負として定義されるが、逆に定義されてもよい。

【0051】

こうした定義下において第一加速度相関ブロック１３１は、直進走行時の最大加速度である直進最大加速度Ａｍｗを、正負の最大加速度Ａｗに設定する。それと共に第一加速度相関ブロック１３１は、旋回走行時の最大ヨーレート変化率である旋回最大ヨーレート変化率ＹＡｍｗを、正負の最大ヨーレート変化率ＹＡｗに設定する。これらの設定を前提に第一加速度相関ブロック１３１は、加速度の絶対値が直進最大加速度Ａｍｗ以下、且つヨーレート変化率の絶対値が旋回最大ヨーレート変化率ＹＡｍｗ以下となる範囲を、第一加速度相関範囲Ｃａｗとして取得する。このとき、第一加速度相関範囲Ｃａｗ内における加速度及びヨーレート変化率の相関点群のうち、電力制約Ｌｗの条件成立となる第一加速度相関範囲Ｃａｗ外に対しての境界線（図９の輪郭線を参照）を構成する相関点群は、第一加速度相関範囲Ｃａｗの限界点群を意味する。そこで、図９の例において第一加速度相関範囲Ｃａｗの境界を構成する限界点群は、加速度の絶対値が直進最大加速度Ａｍｗから漸次減少するほど、ヨーレート変化率の絶対値が旋回最大ヨーレート変化率ＹＡｍｗまで漸次増大するように、想定されている。

【0052】

図３に示す第二加速度相関ブロック１３２は、最新の環境制約Ｌｅとして最大加速度Ａｅと最大ヨーレート変化率ＹＡｅとを、第二制約設定ブロック１１２から引き継ぐ。そこで、図１０に左上がり斜めハッチングを付して示すように第二加速度相関ブロック１３２は、環境制約Ｌｅの条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲を、第二加速度相関範囲Ｃａｅとして設定する。このとき加速度の正負は、第一加速度相関範囲Ｃａｗの場合と同様に定義される。

【0053】

こうした定義下において第二加速度相関ブロック１３２は、直進走行時の最大加速度である直進最大加速度Ａｍｅを、正負の最大加速度Ａｅに設定する。それと共に第二加速度相関ブロック１３２は、旋回走行時の最大ヨーレート変化率である旋回最大ヨーレート変化率ＹＡｍｅを、正負の最大ヨーレート変化率ＹＡｅに設定する。これらの設定を前提に第二加速度相関ブロック１３２は、加速度の絶対値が直進最大加速度Ａｍｅ以下、且つヨーレート変化率の絶対値が旋回最大ヨーレート変化率ＹＡｍｅ以下となる範囲を、第二加速度相関範囲Ｃａｅとして取得する。このとき、第二加速度相関範囲Ｃａｅ内における加速度及びヨーレート変化率の相関点群のうち、環境制約Ｌｅの条件成立となる第二加速度相関範囲Ｃａｅ外に対しての境界線（図１０の輪郭線を参照）を構成する相関点群は、第二加速度相関範囲Ｃａｅの限界点群を意味する。そこで、図１０の例において第二加速度相関範囲Ｃａｅの境界を構成する限界点群は、加速度の絶対値が直進最大加速度Ａｍｅを保つと共に、ヨーレート変化率の絶対値が旋回最大ヨーレート変化率ＹＡｍｅを保つように、想定されている。

【0054】

図３に示す合成加速度相関ブロック１３３は、最新の第一加速度相関範囲Ｃａｗを第一加速度相関ブロック１３１から引き継ぐ。それと共に合成加速度相関ブロック１３３は、最新の第二加速度相関範囲Ｃａｅを第二加速度相関ブロック１３２から引き継ぐ。そこで、図１１にクロスハッチングを付して示すように合成加速度相関ブロック１３３は、第一加速度相関範囲Ｃａｗと第二加速度相関範囲Ｃａｅとの相関点の積集合（即ち、共通集合Ｃａｗ∩Ｃａｅ）となる範囲を、それら相関範囲Ｃａｗ，Ｃａｅを合成した合成加速度相関範囲Ｃａとして設定する。このとき特に本実施形態の合成加速度相関範囲Ｃａは、最小旋回半径での旋回走行時の最大加速度である旋回最大加速度Ａｍを、第二加速度相関範囲Ｃａｅでの直進最大加速度Ａｍｅよりも小さく制限する範囲に、調整される。こうして決定される合成加速度相関範囲Ｃａは、電力制約Ｌｗと環境制約Ｌｅとを含む走行制約Ｌに対して、内部の相関点を条件成立外の許容対象とする一方、外部の相関点を条件成立の制限対象とすることになる。

【0055】

図３に示す後段目標設定ブロック１３４は、最新の目標値として目標速度Ｖｔと目標ヨーレートＹＶｔとを、速度制限ブロック１２４から引き継ぐ。それと共に後段目標設定ブロック１３４は、最新の今回制御周期に対して過去となる前回制御周期に指令調整ブロック１４０によって後述の如く変化率調整された目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔを、メモリ１１から取得する。そこで後段目標設定ブロック１３４は、最新及び過去の各目標値Ｖｔ，ＹＶｔを値の種別毎に差分をとって時間微分することで、目標軌道Ｔｔに追従するための最新の目標値として目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔを設定する。

【0056】

加速度制限ブロック１３５は、最新の合成加速度相関範囲Ｃａを合成加速度相関ブロック１３３から引き継ぐ。それと共に加速度制限ブロック１３５は、最新の目標値として目標加速度Ａｔと目標ヨーレート変化率ＹＡｔとを、後段目標設定ブロック１３４から引き継ぐ。そこで加速度制限ブロック１３５は、自律走行ロボット１の実加速度及び実ヨーレート変化率を合成加速度相関範囲Ｃａ内に制御するように、上述の目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔをさらに調整する。

【0057】

具体的に、図１２に示すように目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔの相関点が合成加速度相関範囲Ｃａ内に存在することで、走行制約Ｌが条件成立外となる場合に加速度制限ブロック１３５は、それら目標値Ａｔ，ＹＡｔの各々をそのまま維持する。一方、図１３に示すように目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔの相関点が合成加速度相関範囲Ｃａ外に存在することで、走行制約Ｌが条件成立となる場合に加速度制限ブロック１３５は、それら目標値Ａｔ，ＹＡｔの各々を低減調整する。このとき低減調整によって目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔは、互いに共通となる１未満の制限比率Ｒａを乗算されることで、それぞれ合成加速度相関範囲Ｃａ内のうち限界点Ｐａを与える値Ａｌ，ＹＡｌにまで制限される。こうした制限による各目標値Ａｔ，ＹＡｔの制限値Ａｌ，ＹＡｌは、合成加速度相関範囲Ｃａの外部との境界線と、当該制限前における各目標値Ａｔ，ＹＡｔの相関点から零点へと延ばした仮想線との、交点において限界点Ｐａを構成することになる。

【0058】

図３に示す指令調整ブロック１４０は、複数のサブ機能ブロックとして変化率調整ブロック１４１、及び指令出力ブロック１４２を有している。

【0059】

変化率調整ブロック１４１は、最新の目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔを、速度制限ブロック１２４から引き継ぐ。それと共に変化率調整ブロック１４１は、最新の目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔを、加速度制限ブロック１３５から引き継ぐ。さらに変化率調整ブロック１４１は、最新の今回制御周期に対して過去となる前回制御周期に同ブロック１４１によって変化率調整された目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔを、メモリ１１から取得する。そこで図３に示すように変化率調整ブロック１４１は、目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔを、それぞれ最新及び過去間での時間変化率が最新の目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔと一致するように、再調整してメモリ１１に記憶する。

【0060】

ここで変化率調整ブロック１４１は、メモリ１１からの過去目標値Ｖｔ，ＹＶｔの取得に変えて、最新の制限比率Ｒａを加速度制限ブロック１３５から引き継いでよい。このとき、加速度制限ブロック１３５において目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔが低減調整された場合には、値が１未満の制限比率Ｒａを変化率調整ブロック１４１は引き継ぐことになる。また一方、加速度制限ブロック１３５において目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔがそのまま維持された場合には、値が１の制限比率Ｒａを変化率調整ブロック１４１は引き継ぐとよい。こうして制限比率Ｒａを引き継いだ変化率調整ブロック１４１は、当該制限比率Ｒａと最新の目標値Ａｔ，ＹＡｔとに基づくことで、最新の目標値Ｖｔ，ＹＶｔをそれぞれ再調整可能である。

【0061】

指令出力ブロック１４２は、変化率調整された最新の目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔを、変化率調整ブロック１４１から引き継ぐ。そこで指令出力ブロック１４２は、目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔに基づく次の式１，２を満たすように、右側駆動輪３０の目標回転速度ΦＲと左側駆動輪３０の目標回転速度ΦＬとをそれぞれ設定する。ここで数１，２において、ｄは車体２の鉛直中心線から各駆動輪３０までの距離であり、ｒは各駆動輪３０の半径である。以上により指令出力ブロック１４２は、各駆動輪３０の目標回転速度ΦＲ，ΦＬを、それぞれ対応する側の電動アクチュエータ５に対する電流指令値へ変換してから、出力する。

【数1】

【数2】

【0062】

ここまで説明したブロック１００，１１０，１２０，１３０，１４０の共同により、制御システム１０が自律走行ロボット１を制御する制御方法は、図１４に示す制御フローに従って実行される。本制御フローは、自律走行ロボット１の起動中に制御周期に従って繰り返し実行される。尚、本制御フローにおける各「Ｓ」は、制御プログラムに含まれた複数命令によって実行される複数ステップを、それぞれ意味している。

【0063】

Ｓ１０１において前段目標設定ブロック１００は、自律走行ロボット１の目標軌道Ｔｔを目標軌道計画ブロック１０１により計画し、当該目標軌道Ｔｔに沿う実軌道に制御するための目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔを軌道追従制御ブロック１０２により設定する。Ｓ１０１と並行するＳ１０２において制約監視ブロック１１０は、走行制約Ｌとしての電力制約Ｌｗ及び環境制約Ｌｅを、それぞれ第一及び第二制約設定ブロック１１１，１１２により監視する。

【0064】

Ｓ１０１，Ｓ１０２に続くＳ１０３において速度調整ブロック１２０は、それぞれ第一及び第二速度相関ブロック１２１，１２２により取得した第一及び第二速度相関範囲Ｃｖｗ，Ｃｖｅを、合成速度相関ブロック１２３により合成速度相関範囲Ｃｖへと合成する。Ｓ１０３に続くＳ１０４において速度調整ブロック１２０は、目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔの相関点を合成速度相関範囲Ｃｖ内に制御するように、それら目標値Ｖｔ，ＹＶｔを速度制限ブロック１２４により調整する。

【0065】

Ｓ１０４に続くＳ１０５において加速度調整ブロック１３０は、それぞれ第一及び第二加速度相関ブロック１３１，１３２により取得した第一及び第二加速度相関範囲Ｃａｗ，Ｃａｅを、合成加速度相関ブロック１３３により合成加速度相関範囲Ｃａへと合成する。Ｓ１０５に続くＳ１０６において加速度調整ブロック１３０は、目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔを、後段目標設定ブロック１３４により設定する。Ｓ１０６に続くＳ１０７において加速度調整ブロック１３０は、目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔの相関点を合成加速度相関範囲Ｃａ内に制御するように、それら目標値Ａｔ，ＹＡｔを加速度制限ブロック１３５により調整する。

【0066】

Ｓ１０７に続くＳ１０８において指令調整ブロック１４０は、変化率調整ブロック１４１により目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹｔを、目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔに基づき再調整する。Ｓ１０８に続くＳ１０９において指令調整ブロック１４０は、指令出力ブロック１４２により目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔに従って設定した各駆動輪３０の目標回転速度ΦＲ，ΦＬを、同ブロック１４２により各電動アクチュエータ５に対する電流指令値へと変換してから出力する。

【0067】

（作用効果）
以上説明した本実施形態の作用効果を、以下に説明する。

【0068】

本実施形態によると、バッテリ４の電力制約Ｌｗを含む走行制約Ｌが監視されることで、当該走行制約Ｌの条件成立に応じて最小旋回半径での旋回最大速度Ｖｍが直進最大速度Ｖｍｅよりも小さく制限される。これによれば電力制約Ｌｗが生じたとしても、自律走行ロボット１の実軌道が目標軌道Ｔｔに沿うように回転速度差を各駆動輪３０に発生させつつ、旋回走行時には制限された速度を出力することができる。故にバッテリ４の電力供給状態に拘らず、自律走行ロボット１の軌道ずれを抑制することが可能となる。

【0069】

本実施形態によると、走行制約Ｌの条件成立外となる速度及びヨーレートの相関範囲として、最小旋回半径での旋回最大速度Ｖｍが直進最大速度Ｖｍｅよりも小さくなる合成速度相関範囲Ｃｖ内に、自律走行ロボット１の実速度及び実ヨーレートが制御される。これによれば、合成速度相関範囲Ｃｖ内の実速度及び実ヨーレートによる実軌道が目標軌道Ｔｔに沿うように回転速度差を各駆動輪３０に発生させつつ、旋回走行時には制限された速度を出力することができる。故に、自律走行ロボット１の軌道ずれを抑制する効果の信頼性を、確保することが可能となる。

【0070】

本実施形態では自律走行ロボット１に対して、目標軌道Ｔｔに追従するための目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔが、設定される。そこで本実施形態によると、走行制約Ｌの条件成立となる合成速度相関範囲Ｃｖ外に外れた相関点の目標速度Ｖｔ及び目標ヨーレートＹＶｔは、合成速度相関範囲Ｃｖ内のうち限界点Ｐｖを与える値Ｖｌ，ＹＶｌにまで、共通の制限比率Ｒｖにて調整される。これによれば、目標速度Ｖｔと目標ヨーレートＹＶｔとの相対比Ｖｔ／ＹＶｔが調整前後において実質維持されることで、合成速度相関範囲Ｃｖ内の実速度及び実ヨーレートによる自律走行ロボット１の到達位置は目標軌道Ｔｔに重なり得る。故に旋回走行時には、そうした実速度及び実ヨーレートによる実軌道が目標軌道Ｔｔに沿うように回転速度差を各駆動輪３０に発生させつつ、制限された速度を出力することができる。したがって、自律走行ロボット１の軌道ずれを抑制する効果の信頼性を、高めることが可能である。

【0071】

本実施形態によると、バッテリ４の電力制約Ｌｗを含む走行制約Ｌが監視されることで、当該走行制約Ｌの条件成立に応じて最小旋回半径での旋回最大加速度Ａｍが直進最大加速度Ａｍｅよりも小さく制限される。これによれば電力制約Ｌｗが生じたとしても、自律走行ロボット１の実軌道が目標軌道Ｔｔに沿うように回転速度差を各駆動輪３０に発生させつつ、旋回走行時には制限された加速度を出力することができる。故にバッテリ４の電力供給状態に拘らず、自律走行ロボット１の軌道ずれを抑制することが可能となる。

【0072】

本実施形態によると、走行制約Ｌの条件成立外となる加速度及びヨーレート変化率の相関範囲として、最小旋回半径での旋回最大加速度Ａｍが直進最大加速度Ａｍｅよりも小さくなる合成加速度相関範囲Ｃａ内に、自律走行ロボット１の実加速度及び実ヨーレート変化率が制御される。これによれば、合成加速度相関範囲Ｃａ内の実加速度及び実ヨーレート変化率による実軌道が目標軌道Ｔｔに沿うように回転速度差を各駆動輪３０に発生させつつ、旋回走行時には制限された加速度を出力することができる。故に、自律走行ロボット１の軌道ずれを抑制する効果の信頼性を、確保することが可能となる。

【0073】

本実施形態では自律走行ロボット１に対して、目標軌道Ｔｔに追従するための目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔが、設定される。そこで本実施形態によると、走行制約Ｌの条件成立となる合成加速度相関範囲Ｃａ外に外れた相関点の目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔは、合成加速度相関範囲Ｃａ内のうち限界点Ｐａを与える値Ａｌ，ＹＡｌにまで、共通の制限比率Ｒａにて調整される。これによれば、目標加速度Ａｔと目標ヨーレート変化率ＹＡｔとの相対比Ａｔ／ＹＡｔが調整前後において実質維持されることで、合成加速度相関範囲Ｃａ内の実加速度及び実ヨーレート変化率による自律走行ロボット１の到達位置は目標軌道Ｔｔに重なり得る。故に旋回走行時には、そうした実加速度及び実ヨーレート変化率による実軌道が目標軌道Ｔｔに沿うように回転速度差を各駆動輪３０に発生させつつ、制限された加速度を出力することができる。したがって、自律走行ロボット１の軌道ずれを抑制する効果の信頼性を、高めることが可能である。

【0074】

本実施形態によると、バッテリ４の電力制約Ｌｗだけでなく、自律走行ロボット１の走行環境に依存する環境制約Ｌｅも含まれる走行制約Ｌが、監視される。これによれば、環境制約Ｌｅの条件成立が生じた場合にも、自律走行ロボット１の実軌道が目標軌道Ｔｔに沿うように回転速度差を各駆動輪３０に発生させつつ、旋回走行時には制限された速度及び加速度を出力することができる。故に走行環境に拘らず、自律走行ロボット１の軌道ずれを抑制することも可能となる。

【0075】

（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該説明の実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

【0076】

変形例において制御システム１０を構成する専用コンピュータは、デジタル回路及びアナログ回路のうち、少なくとも一方をプロセッサとして有していてもよい。ここでデジタル回路とは、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＳＯＣ（System on a Chip）、ＰＧＡ（Programmable Gate Array）、及びＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）等のうち、少なくとも一種類である。またこうしたデジタル回路は、プログラムを記憶したメモリを、有していてもよい。

【0077】

図１５に示すように変形例において第二制約設定ブロック１１２は、構築されなくてもよい。この場合の調整ブロック１２０，１３０では、相関ブロック１２２，１２３，１３２，１３３も構築されずに、制限ブロック１２４，１３５において相関範囲Ｃｖ，Ｃａに代わる相関範囲Ｃｖｗ，Ｃａｗ内に目標値Ｖｔ，ＹＶｔ，Ａｔ，ＹＡｔが調整されるとよい。またこの場合に相関範囲Ｃｖｗ，Ｃａｗは、最小旋回半径での旋回最大速度Ｖｍ及び旋回最大加速度Ａｍを、それぞれ直進最大速度Ｖｍｗ及び直進最大加速度Ａｍｗよりも小さく制限する範囲に、調整されるとよい。ここで最小旋回半径での旋回走行時には、片側の駆動輪３０が正負の一方に最大回転速度で制御されるのに対し、逆側の駆動輪３０が正負の他方に最大回転速度で制御されることで、自律走行ロボット１の重心位置が実質保持されて、当該最小旋回半径と旋回最大速度Ｖｍと旋回最大加速度Ａｍとのいずれも実質零値となる。さらにこれらの変形点に応じて、制御フローが変更されるとよい。

【0078】

図１６に示すように変形例において速度調整ブロック１２０は、構築されなくてもよい。この場合の加速度調整ブロック１３０では、後段目標設定ブロック１３４において軌道追従制御ブロック１０２からの目標値Ｖｔ，ＹＶｔを用いた時間微分により、最新の目標加速度Ａｔ及び目標ヨーレート変化率ＹＡｔが設定されるとよい。またこの場合の指令調整ブロック１４０では、変化率調整ブロック１４１において軌道追従制御ブロック１０２からの目標値Ｖｔ，ＹＶｔが、再調整されるとよい。さらにこれらの変形点に応じて、制御フローが変更されるとよい。

【0079】

図１７に示すように変形例において加速度調整ブロック１３０は、構築されなくてもよい。この場合の指令調整ブロック１４０では、変化率調整ブロック１４１も構築されずに、指令出力ブロック１４２において速度制限ブロック１２４からの目標値Ｖｔ，ＹＶｔに従って目標回転速度ΦＲ，ΦＬが設定されるとよい。またこれらの変形点に応じて、制御フローが変更されるとよい。

【0080】

ここまでの説明形態の他に上述の実施形態及び変形例は、自律走行ロボット１に搭載可能に構成されてプロセッサ１２及びメモリ１１を少なくとも一つずつ有する制御装置として、処理回路（例えば処理ＥＣＵ等）又は半導体装置（例えば半導体チップ等）の形態で実施されてもよい。

【符号の説明】

【0081】

１：自律走行ロボット、４：バッテリ、５：電動アクチュエータ、１０：制御システム、１１：メモリ、１２：プロセッサ、３０：駆動輪、Ａｌ，ＹＡｌ，Ｖｌ，ＹＶｌ：制限値、Ａｍ：旋回最大加速度、Ａｍｅ，Ａｍｗ：直進最大加速度、Ａｔ：目標加速度、Ｃａ：加速度相関範囲、Ｃｖ：速度相関範囲、Ｌ：走行制約、Ｌｅ：環境制約、Ｌｗ：電力制約、Ｐａ，Ｐｖ：限界点、Ｒａ，Ｒｖ：制限比率、Ｔｔ：目標軌道、Ｖｍ：旋回最大速度、Ｖｍｅ，Ｖｍｗ：直進最大速度、Ｖｔ：目標速度、ＹＡｔ：目標ヨーレート変化率、ＹＶｔ：目標ヨーレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】