CN102744733B - 机械手系统以及机械手控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碰撞检测系统、机械手系统、碰撞检测方法以及程序。碰撞检测系统包括处理部、描绘部和深度缓冲器。在深度缓冲器将目标的深度信息设定为深度图信息。描绘部进行第1描绘处理，该第1描绘处理中，进行深度测试，一边参照深度缓冲器，一边对构成碰撞检测对象目标的图元面中的从规定的视点观察处于背面的图元面进行描绘。另外，进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试而对构成碰撞检测对象目标的图元面中的从规定的视点观察处于背面的图元面进行描绘。处理部基于第1描绘处理与第2描绘处理的结果，判定碰撞检测对象目标是否与对象面的目标碰撞。

Description

机械手系统以及机械手控制装置

技术领域

本发明涉及碰撞检测系统、机械手系统、碰撞检测方法以及程序等。

背景技术

在多个领域需要判定有无物体间的碰撞、接近。例如在机械手等领域中，碰撞的发生成为非常大的问题。因此，以前就开始研究、开发在实际上发生碰撞发生之前，通过由计算机进行的计算判定碰撞的有无、允许的范围以上的接近的手法。作为这样的碰撞判定手法的现有技术，已知例如专利文献1、2等所公开的技术。

专利文献1的手法在其图6的流程图被示出。在该现有技术中，将物体(对象)的三维的配置作为横(X)与纵(Y)的二维位置、和与该位置对应的深度值(Z值)来存储的装置中，依次地渲染图元。而且，在该渲染的过程中，如果出现具有相同深度值的，即、在三维空间上占据相同的位置的，则将其判定为碰撞。

专利文献2的手法通过其图2、图3说明。该现有技术中，预先计算从多边形的原点至该多边形的某个方向的面的距离，且作为立体图保存。而且，根据原点与成为碰撞检测的对象的物体之间的距离、和存储在立体图中的距离的大小，判定碰撞。

专利文献1：日本特开平9－204543号公报

专利文献2：日本特表2009－545075号公报

然而，专利文献1的现有技术中，深度值的更新取决于描绘物体的顺序，所以有发生碰撞的检测遗漏的可能性。例如，在描绘了配置在前方侧(跟前一侧)的物体之后，在其后方侧(里侧)其它的物体间即使发生了碰撞，深度值已经更新为前方侧的目标的值，所以不能够检测出碰撞。

另外，专利文献2的现有技术中，存在很难准确地处理非凸多边形的碰撞的问题。即、将从原点至面的距离存储在单一的立体图中，所以在某个方向，有多个该多边形的面的情况下，即、那样的非凸的多边形的情况下，不能将其作为单一的立体图表现。

发明内容

根据本发明的几个方式，能够提供一种可实现碰撞检测对象目标的准确的碰撞判定的碰撞检测系统、机械手系统、碰撞检测方法以及程序等。

本发明的一方式，涉及一种碰撞检测系统，包括：处理部、进行描绘处理的描绘部、设定深度信息的深度缓冲器，在上述深度缓冲器中，在对象面配置设定的目标的深度信息被设定为深度图信息，上述描绘部进行第1描绘处理，该第1描绘处理中进行深度测试，一边参照上述深度缓冲器的上述深度图信息，一边对构成碰撞检测对象目标的图元面中的从规定的视点观察处于背面的图元面进行描绘，上述描绘部进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试而对构成上述碰撞检测对象目标的图元面中的从上述视点观察处于背面的图元面进行描绘，上述处理部进行基于上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的结果，判定上述碰撞检测对象目标是否与上述对象面的上述目标碰撞的碰撞判定。

根据本发明的一方式，在深度缓冲器中，在对象面配置设定的目标的深度信息被设定为深度图信息。而且，描绘部进行第1描绘处理和第2描绘处理，该第1描绘处理中进行深度测试，对碰撞检测对象目标的背面的图元面进行描绘、该第2描绘处理中，不进行深度测试而对碰撞检测对象目标的背面的图元面进行描绘。而且，基于这些第1、第2描绘处理的结果，进行碰撞检测对象目标与对象面的目标之间的碰撞判定。如此，能够进行有效地利用深度缓冲器处理的碰撞判定，且能够实现碰撞检测对象目标的准确的碰撞判定。

另外，在本发明的一方式中，上述处理部可以进行通过上述第1描绘处理而生成的第1图像与通过上述第2描绘处理而生成的第2图像的比较处理，从而进行上述碰撞判定。

如此，对通过第1、第2描绘处理生成的第1、第2图像的差异进行检测，从而能够实现碰撞判定。

另外，本发明的一方式中，上述处理部可以只进行上述第1描绘处理中的描绘像素数信息与上述第2描绘处理中的描绘像素数信息的比较处理，由此进行上述碰撞判定。

如此，只检测第1、第2描绘处理中的描绘像素数的差异，就能够实现碰撞判定。

另外，本发明的一方式中，上述描绘部可以在上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的各描绘处理中，通过无限远的上述视点处的平行投影对上述碰撞检测对象目标的背面的图元面进行描绘。

这样，与一般的三维图像的描绘处理不同，通过平行投影对背面的图元面进行描绘，从而能够实现更准确的碰撞判定。

另外，本发明的一方式中，在上述深度缓冲器中可以将通过无限远的上述视点处的平行投影对上述对象面的上述目标进行描绘而获得的深度信息设定为上述对象面的上述深度图信息。

如此，为了对通过平行投影的图元面的描绘进行碰撞判定的处理，能够在深度缓冲器设定适当的深度图信息。

另外，本发明的一方式中，上述碰撞检测对象目标由多个部分目标构成，在从上述视点观察上述多个部分目标中的第1部分目标与第2部分目标不重叠的情况下，上述描绘部可以在上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的各描绘处理中，同时描绘上述第1部分目标与上述第2部分目标。

这样，如果同时描绘第1、第2部分目标，则能够节约描绘处理的次数，实现处理的高速化等。

另外，在本发明的一方式中，在作为上述碰撞检测对象目标，存在多个碰撞检测对象目标的情况下，上述处理部可以对上述多个碰撞检测对象目标中的第1碰撞检测对象目标进行上述碰撞判定之后，将上述第1碰撞检测对象目标设定为被碰撞检测对象目标，进行针对上述多个碰撞检测对象目标中的第2碰撞检测对象目标的上述碰撞判定。

如此，在存在多个碰撞检测对象目标的情况下，不仅能够实现碰撞检测对象目标与对象面的目标的碰撞判定，也能够实现碰撞检测对象目标之间的碰撞判定。

另外，本发明的一方式中，在上述深度缓冲器设定与以内包上述碰撞检测对象目标的方式设定的第1～第N对象面(N为2以上的整数)对应的第1～第N深度图信息的各深度图信息，上述描绘部针对上述第1～第N对象面的各对象面进行第1描绘处理，该第1描绘处理中，进行深度测试，一边参照上述第1～第N深度图信息对应的各深度图信息一边对上述碰撞检测对象目标的背面的图元面进行描绘、且进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试而对上述碰撞检测对象目标的背面的图元面进行描绘，上述处理部基于针对上述第1～第N对象面的各对象面的上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的结果，进行上述碰撞判定也可以。

如此，根据第1～第N对象面设定内包与碰撞检测对象目标对应的物体的环境的区域，能够实现碰撞检测对象目标的碰撞判定。

另外，本发明的一方式中，上述第1～第N对象面可以是构成内包上述碰撞检测对象目标的立方体或者长方体的面。

另外，本发明的一方式中，上述碰撞检测对象目标可以是对机械手进行模型化的目标。

另外，本发明的其他的方式涉及包括上述任意一个所记载的碰撞检测系统的机械手系统。

另外，本发明的其他的方式涉及一种碰撞检测方法，在深度缓冲器将在对象面配置设定的目标的深度信息设定为深度图信息，在该碰撞检测方法中进行第1描绘处理，该第1描绘处理中进行深度测试，一边参照上述深度缓冲器的上述深度图信息一边对构成碰撞检测对象目标的图元面中的从规定的视点观察处于背面的图元面进行描绘，在该碰撞检测方法中进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试而对上述构成碰撞检测对象目标的图元面中的从上述视点观察处于背面的图元面进行描绘，在该碰撞检测方法中进行基于上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的结果，判定上述碰撞检测对象目标是否是与上述对象面的上述目标碰撞的碰撞判定。

另外，本发明的其他的方式涉及程序，使计算机作为如下各部发挥功能，即，处理部、进行描绘处理的描绘部、和设定深度信息的深度缓冲器，在上述深度缓冲器将在对象面配置设定的目标的深度信息设定为深度图信息，上述描绘部进行第1描绘处理，该第1描绘处理中进行深度测试，一边参照上述深度缓冲器的上述深度图信息一边对构成碰撞检测对象目标的图元面中的从规定的视点观察处于背面的图元面进行描绘，上述描绘部进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试而对构成上述碰撞检测对象目标的图元面中的从上述视点观察处于背面的图元面进行描绘，上述处理部进行基于上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的结果，判定上述碰撞检测对象目标是否与上述对象面的上述目标碰撞的碰撞判定。

附图说明

图1(A)～图1(C)是深度缓冲器处理的说明图。

图2(A)～图2(D)也是深度缓冲器处理的说明图。

图3(A)～图3(C)是针对现有技术的问题点的说明图。

图4是本实施方式的碰撞检测系统的构成例。

图5是包括本实施方式的碰撞检测系统的机械手系统的例子。

图6是碰撞检测对象目标、设定在对象面的目标的说明图。

图7是与对象面对应而设定的深度图信息的说明图。

图8(A)、图8(B)也是深度图信息的说明图。

图9是设定6面的深度图信息的手法的说明图。

图10(A)～图10(C)是本实施方式的碰撞检测手法的说明图。

图11(A)，图11(B)也是本实施方式的碰撞检测手法的说明图。

图12是表示本实施方式的详细的处理的流程图。

图13是表示本实施方式的详细的处理的流程图。

具体实施方式

以下，对本发明的优选的实施方式详细地进行说明。此外，以下说明的本实施方式并没有不合理地限定权利要求书所记载的本发明的内容，本实施方式所说明的全部构成，作为本发明的解决手段未必是必须的。

1.深度缓冲器处理

在机械手(机械臂)的动作中，与周边构造物、周边设备的碰撞、自碰撞、与其他的机械手的碰撞成为非常大的问题。在本实施方式的碰撞检测手法中，通过模拟，预先检测这样的碰撞。

作为使用了这样的本实施方式的碰撞检测手法的方式，可以认为大致分为离线中的使用(预先确认)、和在线中的使用(预测、预读取)。离线的使用中，若周边环境等已知且是静态的、机械手的动作已知的情况下，在系统作成时，验证其碰撞。另一方面，在线的使用中，当周边环境等动态地变化的情况下(例如周围存在多个机械手，或者存在作业者的情况下)，在机械手实际动作之前，通过模拟来检测碰撞。

以前，作为这样的机械手的碰撞检测手法，大多是使用适合CPU(CentralProcessingUnit)的处理的算法的情况。此处，适合CPU处理的算法是指，以比较少数(从数十至数百左右)的并行度处理比较复杂的单位处理的这样的算法。

然而，近年来，起因于消耗功率的问题等，CPU的动作频率的增加已停止。因此，最近的CPU的性能提高通过多核化等处理的并行度的提高而实现。换言之，在不能够提高并行度的算法中，不能够提高处理性能。

另一方面，GPU(GraphicsProcessingUnit)与CPU相比具有非常大的并行度。例如当前的GPU设有数百至数十万的ALU(算术运算单元)而具有能够并行地执行数万至数百万的处理的能力。

于是，在本实施方式中，作为碰撞检测的算法，通过采用比CPU处理更适合GPU处理的算法，从而与以往相比实现高性能的碰撞检测。具体而言，最大限度地利用GPU所具有的硬件功能亦即ROP(渲染·输出·管线)的功能。即、使用这样的ROP功能，有效地利用深度测试功能与深度缓冲器来实现碰撞检测。

此处，深度缓冲器在CG(ComputerGraphics)中主要使用于消隐，并存储目标的深度信息。具体而言，以像素单位存储深度值(Z值)。另外，深度信息是指与每个像素的深度值相关的信息。以下，对使用了深度缓冲器的深度缓冲器处理(Z缓冲处理)进行说明。

在深度缓冲器处理中，当描绘某点时，比较该点的深度值与存储在深度缓冲器的深度值。然后，如果该点的深度值大(右旋坐标系的情况下)，利用该点的彩色值覆盖彩色缓冲器的值，并且利用该点的深度值更新深度缓冲器的值。

例如目标OBA、OBB、OBC如图1(A)、图1(B)所示那样配置。图1(A)是从上方的视点观察目标OBA、OBB、OBC时的图，图1(B)是从前斜上方的视点观察时的图。此处，目标是模型化了现实世界的物体而成的，例如由多个图元面构成。图元面是成为作为目标的构成要素的图元的面，例如是多边形、自由曲面或者细分曲面等。

如图1(C)所示，在使用了深度缓冲器的描绘处理中，各像素的彩色值(RGB的色信息)被写入描绘缓冲器(彩色缓冲器)，深度值(Z值)被写入深度缓冲器(Z缓冲器)。

具体而言，图2(A)中，深度缓冲器的深度值被设定为作为初始值的最后面值。而且，在图2(B)中，描绘目标OBA。在这种情况下，图2(B)的J1所示的区域中的目标OBA的各像素的深度值成为比图2(A)中的深度缓冲器的深度值更靠前方侧(跟前一侧)的深度值。因此，在J1所示的区域中，目标OBA的彩色值被写入描绘缓冲器，并且目标OBA的深度值被写入深度缓冲器来更新深度值。

在图2(C)中，描绘目标OBB。在这种情况下，图2(C)的J2所示的区域中的目标OBB的各像素的深度值成为比深度缓冲器的深度值更靠后方侧(里侧)的深度值。因此，在J2所示的区域中，目标OBB被判断为消隐，目标OBB的彩色值不被写入描绘缓冲器，并且如图2(D)的J3所示那样，也不更新深度缓冲器的深度值。

另一方面，J4所示的区域中的目标OBB的各像素的深度值成为比深度缓冲器的深度值更靠前方侧的深度值。因此，在J4所示的区域中，目标OBB的彩色值被写入描绘缓冲器，并且如图2(D)的J5所示，目标OBB的深度值被写入深度缓冲器来更新深度值。而且，若在图2(D)描绘目标OBC，则通过与上述相同的手法，在J6的区域中不进行彩色值的写入、深度值的更新而在J7的区域中进行彩色值的写入和深度值的更新。

通过进行以上那样深度缓冲器处理，不取决于描绘的顺序，就能够准确地判定纵深方向的顺序，如图1(C)所示，生成进行了适当的消隐的图像。

另外，上述的专利文献1的现有技术中，也利用深度缓冲器来进行碰撞判定。例如，假设通过描绘其他目标，深度缓冲器的深度值如图3(A)所示。在这种情况下，如图3(B)的H1所示，在目标OBA1中，其深度值与Z缓冲器的深度值不同，所以判定为OBA1未与其他目标碰撞。另一方面，如H2、H3所示，在目标OBA2中，其深度值与深度缓冲器的深度值相同。因此，判定为目标OBA2与具有该深度缓冲器的深度值的其他目标碰撞。

然而，在该专利文献1的现有技术中，存在如图3(C)所示的那样的问题点。在图3(C)中，通过其他目标OBD的描绘，深度缓冲器的深度值如H4所示。在这种情况下，如H5所示，不管目标OBA3是否与目标OBD碰撞，目标OBA3的深度值都与深度缓冲器的深度值都不一致，所以判定为未碰撞。此外，如H6所示，在插补了深度值的情况下，虽然目标OBA4与目标OBD未碰撞，但会被判定为碰撞。

另外，作为其他的手法也考虑如下的手法，即、将假想的视点设定为表示地面等的平面状的目标的后面，从后面观察，如果描绘了应该处于表面的目标，则判定为其目标与平面碰撞。然而，在该手法中，假设了单纯的平面，但在其不是平面而是具有复杂的构造的目标(例如非凸)的情况下，有与一个面的碰撞被其它的面遮挡的可能性，这样的情况下，无法检测到碰撞。

2.构成

图4表示能够解决以上那样的问题的本实施方式的碰撞检测系统的构成例。此外，本实施方式的碰撞检测系统的构成并不限于图4的构成，能够实施省略其一部分的构成要素(例如操作部，外部I/F部等)，或者追加其他的构成要素等的各种变形。

该碰撞检测系统包括处理部10、进行描绘处理的描绘部30、和存储部50(深度缓冲器)。而且，能够包括操作部70、外部I/F(接口)部80、和信息存储介质90。

处理部10进行各种的判定处理、控制处理等，能够通过例如CPU等各种处理器、专用电路(ASIC)等硬件、在处理器上执行的程序等来实现。处理部10包括目标空间设定部12、和碰撞判定部14。

目标空间设定部12进行在目标空间配置设定多个目标的处理等。具体而言，决定世界坐标系统中的目标的位置、旋转角度，并在该位置以该旋转角度配置目标。此处，目标是对机械手等碰撞检测对象物、周边构造物、周边设备等被碰撞检测对象物进行模型化而成的，由多边形、自由曲面等图元面构成。

碰撞判定部14进行碰撞检测对象目标与被碰撞检测对象目标之间的碰撞判定处理，并且包括进行图像、描绘计数的比较处理的比较处理部16。

描绘部30进行描绘处理，能够通过例如GPU等各种处理器、专用电路(ASIC)等硬件、在处理器上执行的程序等来实现。该描绘部30中的描绘处理可以通过由顶点着色程序实现的顶点着色、由像素着色程序实现的像素着色来实现。顶点着色中，进行顶点的移动处理、坐标变换处理、限幅处理等。然后，基于顶点处理后的顶点数据，进行光栅化处理。另外，像素着色中，在光栅化处理之后进行构成图像的像素(分段)单位中的处理亦即像素处理(分段(Fragment)处理)。即、通过由着色语言描述的着色程序而实现可编程着色处理。

存储部50成为处理部10、描绘部30等的工作区域，能够通过RAM(SRAM、DRAM等)等存储器来实现。该存储部50包括目标数据存储部52、描绘缓冲器54、深度缓冲器56。

目标数据存储部52存储目标的位置数据、旋转角度数据、形状数据等目标数据。描绘缓冲器54(彩色缓冲器、帧缓冲器)存储图像信息，具体而言，按像素单位存储彩色值、α值等图像信息。深度缓冲器56(Z缓冲器)存储深度信息，具体而言，按像素单位存储深度值(Z值)。这些描绘缓冲器54、深度缓冲器56在构成存储部50的存储器上被确保为存储区域。

操作部70用于使用者输入各种操作信息。外部I/F部80利用有线或无线与外部之间进行信息的通信处理等。信息存储介质90(通过计算机可读取的介质)储存程序、数据等，其功能能够通过光盘、HDD或者存储器等实现。处理部10基于储存于信息存储介质90的程序(数据)，进行本实施方式的各种处理。即、在信息存储介质90存储使计算机(具备操作部、处理部、存储部、输出部的装置)作为本实施方式的各部发挥功能的程序(用于使计算机执行各部的处理的程序)。

而且，本实施方式的碰撞检测系统中，在深度缓冲器56中，配置设定于对象面的目标的深度信息被设定(存储)为深度图信息。例如后述的图6、图9所示，在对象面(SF1～SF6)配置设定多个目标(OB11、OB12、OB21等)。而且，如图7～图8(B)所示，该对象面的目标的深度信息被作成为深度图信息，且被设定于深度缓冲器56。深度图是通过例如从规定视点(例如无限远的视点)观察时的对象面的目标的深度值(像素单位的深度值)的矩阵排列所表示的图。

此处，对象面例如是配置设定与被碰撞检测对象物对应的目标的假想的面。另外，深度图信息例如是由碰撞判定处理时从规定的视点观察到的对象面的目标的深度值构成的信息。例如深度图通过从规定的视点观察时的对象面的目标的像素单位的深度值的矩阵排列进行表示。具体而言，在深度缓冲器56例如将通过无限远的视点(广义上规定的视点)处的平行投影对对象面的目标进行描绘而获得的深度信息被设定(存储)为对象面的深度图信息。

而且，如后述的图10(A)、图10(B)所示，描绘部30进行第1描绘处理，该第1描绘处理中，进行深度测试(使深度测试有效。有深度测试)，一边参照深度缓冲器56的深度图信息一边对构成碰撞检测对象目标的图元面(例如多边形)中的从规定的视点(描绘处理中的视点)观察处于背面的图元面进行描绘。另外，如图10(C)所示，描绘部30进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试(使深度测试无效。无深度测试)而在构成碰撞检测对象目标的图元面中从视点观察对处于背面的图元面进行描绘。具体而言，描绘部30在上述的第1、第2描绘处理的各描绘处理中，以无限远的视点处的平行投影对碰撞检测对象目标的背面的图元面进行描绘。

此处，碰撞检测对象目标是成为与对象面的目标碰撞的碰撞检测对象的目标，例如是模型化了机械手的目标等。另外，若以图元面为多边形的情况为例，则对构成三角形的3顶点来说，从视点观察，例如逆时针方向看到的面为表面(frontsurface，front-facingsurface)，从视点观察，例如顺时针方向看到的面为背面(backsurface，back-facingsurface)。若以封闭的目标的表面朝外为前提，则能够将表面记述为前面、将背面记述为后面。

另外，此处的进行深度测试是指(使深度测试有效是指)，在处理对象像素的深度值是比深度缓冲器56的深度值更靠前方侧的深度值的情况下，在描绘缓冲器54的对应的像素位置写入图像信息(彩色数据)，并且在深度缓冲器56的对应的像素位置写入处理对象像素的深度值。

而且，处理部10基于上述的第1描绘处理与第2描绘处理的结果，进行碰撞判定，该碰撞判定是判定碰撞检测对象目标是否与对象面的目标碰撞。具体而言，如图11(A)所示，处理部10进行通过第1描绘处理生成的第1图像、和通过第2描绘处理生成的第2图像的比较处理，从而进行碰撞判定。或者如图11(B)所示，通过进行第1描绘处理中的描绘像素数信息与第2描绘处理中的描绘像素数信息的比较处理而进行碰撞判定。该碰撞判定处理由碰撞判定部14进行。另外，第1、第2图像的比较处理、描绘像素数信息的比较处理由比较处理部16进行。此外，描绘像素数信息是实际表示描绘像素数的信息即可，也包括与描绘像素数等价的信息。

如以上那样，在本实施方式中，在深度缓冲器设定对象面的深度图信息，并执行进行深度测试(Z测试)的第1描绘处理(使深度测试有效的第1描绘处理)、和不进行深度测试的第2描绘处理(使深度测试无效的第2描绘处理)。并且，基于第1、第2描绘处理的结果，进行碰撞检测对象目标的碰撞判定。如此，能够实现有效地利用深度缓冲器处理的高速(准确)的碰撞判定(接近判定)。即、通过将碰撞(接近)的问题置换为适合最新的描绘硬件处理的遮挡处理，从而能够非常高速地进行碰撞判定(接近判定)。

此外，碰撞检测对象目标由多个部分目标构成，假定从视点观察多个部分目标中的第1部分目标与第2部分目标不重叠的情况。在这种情况下，描绘部30可以在第1描绘处理与第2描绘处理的各描绘处理中同时描绘第1部分目标与第2部分目标。即、将第1、第2部分目标如一个部分目标那样同时描绘。例如后述的图10(A)中，第1、第2部分目标PB1、PB2是从视点(平行投影的视点)观察不重叠的目标，此时，将第1、第2部分目标PB1、PB2如一个部分目标那样同时描绘。这样，从视点观察碰撞检测对象目标的多个部分目标(多个部分)不重叠的情况下，通过同时描绘它们，可减少描绘处理的次数，使处理高速化。此外，部分目标是成为构成碰撞检测对象目标等模型目标的部分的目标。例如碰撞检测对象目标等模型目标由多个部分目标和连接部分目标之间的关节部分等构成。

另外，在作为碰撞检测对象目标，存在多个碰撞检测对象目标的情况下，处理部10可以对多个碰撞检测对象目标中的第1碰撞检测对象目标进行碰撞判定之后，将第1碰撞检测对象目标设定为被碰撞检测对象目标，进行针对第2碰撞检测对象目标的碰撞判定。即、在存在多个碰撞检测对象目标的情况下，选择一个成为碰撞检测的对象的碰撞检测对象目标，将除此之外的碰撞检测对象目标作为构成环境的目标进行处理，而进行碰撞判定。如此，不仅能够实现碰撞检测对象目标与环境的目标的碰撞判定，还能够实现多个碰撞检测对象目标间的碰撞判定。

另外，可以按照内包碰撞检测对象目标的方式设定第1～第N对象面(N为2以上的整数)。例如图9中，设定内包作为碰撞检测对象目标的机械手RB的6面的对象面SF1～SF6。在这种情况下，在深度缓冲器56设定与第1～第N对象面对应的第1～第N深度图信息的各深度图信息。即、在各对象面配置设定的目标的深度信息被设定为各深度图信息。例如设定图9的SF1～SF6的各对象面的各深度图信息。该情况下的第1～第N对象面能够作为构成例如内包碰撞检测对象目标的立方体或者长方体的面。

而且，描绘部30进行第1描绘处理，该第1描绘处理中对第1～第N对象面的各对象面进行深度测试(使深度测试有效)，一边参照第1～第N深度图信息的对应的各深度图信息(与各对象面对应的深度图信息)一边对碰撞检测对象目标的背面的图元面进行描绘。另外，进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试(使深度测试无效)而对碰撞检测对象目标的背面的图元面进行描绘。例如对第1对象面一边参照与第1对象面对应的第1深度图信息，一边进行第1描绘处理，并且进行第2描绘处理。另外，对第2对象面一边参照与第2对象面对应的第2深度图信息，一边进行第1描绘处理，并且进行第2描绘处理。第3～第N对象面也相同。

而且，处理部10基于针对第1～第N对象面的各对象面的第1描绘处理与第2描绘处理的结果，进行碰撞判定。例如对各对象面，进行由第1、第2描绘处理所生成的第1、第2图像的比较处理，或者进行第1、第2描绘处理的描绘像素数信息的比较处理，由此进行碰撞判定。如此，能够以简单的处理实现以围绕碰撞检测对象物的方式配置物体这样的环境中的碰撞判定。

图5表示包括本实施方式的碰撞检测系统的机械手系统的例子。该机械手系统包括控制装置300(信息处理装置)、和机械手310。控制装置300进行机械手310的控制处理。具体而言，基于动作顺序信息(方案信息)进行使机械手310动作的控制。机械手310具有臂320以及手部(把持部)330。而且，按照来自控制装置300的动作指示进行动作。例如，进行把持或移动放置在未图示的托盘上的工件等的动作。另外，基于未图示的拍摄装置所取得的拍摄图像信息，对机械手的姿势、工件的位置等信息进行检测，检测出的信息被发送给控制装置300。

本实施方式的碰撞检测系统例如设置于图5的控制装置300，例如通过控制装置300的硬件或程序来实现碰撞检测系统。而且，在线的使用中，周边环境等动态地变化的情况下，在机械手310的实际的动作之前，本实施方式的碰撞检测系统通过模拟进行碰撞的判定处理。而且，控制装置300基于判定处理的结果进行机械手310的控制，以使机械手310与周边构造物、周边设备等不碰撞。另一方面，离线的使用中，根据本实施方式的碰撞检测系统，在动作顺序信息等作成时，通过模拟来验证碰撞。而且，控制装置300基于作成的动作顺序信息(方案信息)对机械手310进行控制以便不发生碰撞。

3.本实施方式的手法

接下来，使用附图对本实施方式的手法更详细地进行说明。此外，以下，以碰撞检测对象目标为对机械手进行了模型化的目标的情况为例，进行说明，但本实施方式的手法并不限于此。

图6中，RB是对现实世界的机械手进行了模型化的目标(以下，将机械手目标简称为机械手RB)。

图6中，设定内包机械手RB那样的对象面SF1～SF4(以下，将对象面简称为面)。具体而言，如图9所示，设定包括机械手RB的可动范围的假想的立方体(或者长方体)。而且，面SF1、SF2、SF3、SF4、SF5、SF6分别成为构成该假想的立方体的顶面、后面、底面、前面、右面、左面。

而且，图6中，在各面(各对象面)配置设定表示侵入到机械手RB的可动范围的构造物的目标。例如在面SF1配置设定目标OB11、OB12，在面SF2配置设定目标OB21，在面SF3配置设定目标OB31、OB32，在面SF4配置设定目标OB41、OB42。此外，非凸的目标作为凸的目标进行处理。

而且，如图7所示，利用贯通立方体的各面的目标的表面(frontsurface，front-facingsurface)，作成各面的深度图信息(以下，简称为深度图)。例如图7中，利用贯通面SF1的目标OB11、OB12作成面SF1的深度图DPM1。具体而言，通过无限远的视点处的平行投影(方向DRP中的平行投影)对面SF1的目标OB11、OB12(OB11、B12的表面)进行描绘而得到的深度信息成为面SF1的深度图DPM1。该深度图DPM1是由从与面SF1正对的无限远的视点观察时的目标OB11、OB12的深度值构成的图。即、顶面SF1的深度图DPM1被表现为从底面SF3侧的无限远的视点观察的深度图。

此外，针对贯通2个以上面的目标，加上各自的面的深度图。例如图8(A)、图8(B)中，目标OB13贯通面SF1与SF2双方。此时，目标OB13的深度值被设定为面SF1的深度图DPM1与面SF2的深度图DPM2双方。具体而言，如图8(A)所示，通过从面SF3朝向面SF1的方向的平行投影，对目标OB11、OB13进行描绘，从而作成面SF1的深度图DPM1。另外，如图8(B)所示，通过从面SF4朝向面SF2的方向的平行投影，对目标OB13、OB21进行描绘，从而作成面SF2的深度图DPM2。此外，假设不存在哪个面都不贯通而浮在空中这样的构造物的目标。

针对图9的全部面SF1～SF6作成以上这样的深度图。由此，作成图9所示那样的深度立体图。至此为碰撞判定处理的预处理。

接下来，选择面SF1～SF6中的一个面，在深度缓冲器56设定该面的深度图。例如图10(A)中，选择面SF1，在深度缓冲器56设定面SF1的深度图DPM1。然后，进行机械手RB的描绘处理。此处，机械手RB被分割成分别为凸的一个以上的部分目标(部分)，进行上述各部分目标的描绘处理。此外，不考虑部分目标间的相互碰撞(自碰撞)。换句话说，这些部分目标的位置能够在图5的控制装置300中进行控制，所以可避免自碰撞。

具体而言，描绘部30进行使深度测试有效而描绘机械手RB的部分目标PB1、PB2的第1描绘处理。而且，将所获得的图像作为参照图像进行记录。例如，一边参照面SF1的深度图DPM1的深度值，一边如图10(A)的D1、D2所示那样对部分目标PB1、PB2的背面(后面)进行描绘。即、对构成部分目标PB1、PB2的多边形(广义上图元面)中的、背面(backsurcace，back-facingsurface)的多边形进行描绘。更具体而言，进行使深度测试有效，通过图10(A)的DRP所示的方向的平行投影(无限远的视点)，对部分目标PB1、PB2的背面多边形进行描绘的第1描绘处理。通过该第1描绘处理，在描绘缓冲器54上生成图10(B)所示那样的第1图像，该第1图像作为参照图像被记录于例如其他的存储器区域。

接下来，进行使深度测试无效而对机械手RB的部分目标PB1、PB2进行描绘的第2描绘处理。具体而言，进行使深度测试无效，通过平行投影，对部分目标PB1、PB2的背面多边形进行描绘的第2描绘处理。通过该第2描绘处理，在描绘缓冲器54上生成图10(C)所示那样的第2图像。

接下来，如图11(A)所示，进行通过第1描绘处理所获得的参照图像亦即第1图像、与通过第2描绘处理所获得的第2图像的比较处理。而且，如果第1、第2图像之间存在差异，则判定为发生了碰撞。即、判定为机械手RB的部分目标PB1、PB2与面SF1的目标碰撞。

例如图10(A)的E1中，机械手RB的部分目标PB2碰撞到面SF1的目标OB12。此时，E1所示的区域中，目标OB12从视点观察与部分目标PB2的背面多边形相比更靠前方侧。因此，若进行使深度测试有效的第1描绘处理，则在图10(A)的E1所示的区域中，如图10(B)的E2所示，部分目标PB2的背面多边形的图像变为非描绘。另一方面，在使深度测试无效的第2描绘处理中，不参照面SF1的深度图的深度值，描绘部分目标PB2的背面多边形。因此，如图10(C)所示，即使在E3所示的区域中，也能描绘部分目标PB2的背面多边形的图像。因此，通过第1、第2描绘处理而生成的第1、第2图像之间发生差异，如图11(A)所示，通过对这些第1、第2图像的差异进行检测，从而能够检测碰撞。

对图9所示的全部面(对象面)SF1～SF6进行以上的处理。例如，对面SF2，使用图8(B)所例示那样的深度图DPM2，通过从面SF4朝向面SF2的方向的平行投影，进行上述的第1、第2描绘处理。而且，进行所获得的第1、第2图像的比较处理，如果第1、第2图像之间存在差异，则判定为机械手RB与面SF2的目标之间发生了碰撞。对其他的面SF3～SF6也进行相同的处理。而且，不管在SF1～SF6的哪个面，在没有检测出碰撞的情况下，作为未检测出碰撞，结束处理。

如以上那样，在本实施方式中，有效地利用深度缓冲器处理来实现碰撞判定，所以能够实现适合并行性高的最新的描绘硬件处理的碰撞判定处理。

另外，例如通常的3DCG中，一般为了生成透视图像而通过透视投影来描绘多边形。进而，针对背面的多边形为了减少描绘成本，一般通过挑选而不进行描绘。

这一点，在本实施方式中，不是用于3DCG的图像生成，而是为了于碰撞判定利用深度缓冲器处理。而且，若通过透视投影进行描绘处理，则有可能不能够实现准确的碰撞判定，在本实施方式中，着眼于这一点，通过平行投影进行描绘处理。另外，在3DCG中，一般描绘省略的背面多边形，从而通过图11(A)所示那样的图像比较判定图10(A)的E1所示那样的碰撞成功。

此外，图11(A)中，通过图像比较进行碰撞判定，但本实施方式并不局限于此，至少能够基于第1、第2描绘处理的结果进行碰撞判定即可。

例如，图11(B)中，进行第1描绘处理中的描绘像素数与第2描绘处理中的描绘像素数的比较处理，从而进行碰撞判定。例如在进行第1描绘处理时，事先将在作为硬件准备的描绘像素数计数器设定的描绘像素数记录为参照描绘像素数。而且，通过比较该第1描绘处理中的参照描绘像素数、和在第2描绘处理中描绘像素数计数器被设定的描绘像素数，判定碰撞。例如发生了碰撞的情况下，如图11(B)所示，第1描绘处理中的描绘像素数比第2描绘处理中的描绘像素数少，所以通过检测它们能够判定碰撞。

另外，在图10(A)，部分目标PB1、PB2(第1、第2部分目标)成为从视点(无限远的视点)观察不重叠的目标。此时，在第1、第2各描绘处理中，同时描绘部分目标PB1、PB2(以相同的描绘处理顺序进行描绘)。如此，如图11(A)、图11(B)所示，能够实现适当的碰撞判定。而且，通过同时描绘部分目标PB1、PB2，能够节约描绘处理的次数，且实现处理的高速化等。

另外，例如针对第1机械手，通过图10(A)～图11(B)等所示的手法进行了碰撞判定之后，将该第1机械手列入环境的目标，且可以进行下一个的第2机械手的碰撞判定。如此，在多个机械手存在的情况下，不仅能够实现这些多个机械手的各机械手与周边构造物、周边设备之间的碰撞判定，也能够实现机械手间的碰撞判定。

另外，在图9中，以设定于机械手的可动范围内的对象面的数为6面的情况为例，进行说明，但本实施方式并不限于此。例如对象面的数能够根据机械手动作的环境适当地设定，对象面的数也可以是比6面少。

另外，深度图信息的设定手法、碰撞检测对象目标的描绘手法也并不限于图6～图10(C)所说明的手法，能够进行各种的变形实施。进而，基于第1、第2描绘处理的结果的碰撞判定处理也不限定于图11(A)、图11(B)所说明的图像的比较处理、描绘像素数的比较处理，能够进行各种的变形实施。

4.详细的处理

接下来，使用图12，图13的流程图，对本实施方式的详细处理例进行说明。

首先，如图12所示，判断是否处理了全部6面(图9的SF1～SF6)(步骤S1)。而且，在针对全部6面的处理结束、且未检测出碰撞的情况下，作为无碰撞，结束处理(步骤S2)。

另一方面，在针对全部6面的处理未结束的情况下，选择处理未结束的一个面(步骤S3)。而且，在深度缓冲器56设定所选择的面的深度图(步骤S4)。例如设定图8(A)的面SF1的深度图DPM1，或者设定图8(B)的面SF2的深度图DPM2。

接下来，判断是否描绘了机械手的全部部分目标(部分)(步骤S5)，在未描绘完情况下，选择一个未描绘的部分目标(步骤S6)。此外，如图10(A)、图10(B)那样，针对从视点观察不重叠的部分目标PB1、PB2，作为一个部分目标进行选择。而且，如图10(A)所说明的那样，使深度测试有效，对所选择的部分目标的背面的多边形进行描绘，将获得的图像作为参照图像进行存储(步骤S7，S8)。

接下来，使深度测试无效，对所选择的部分目标的背面的多边形进行描绘(步骤S9)。而且，判断在步骤S8存储的参照图像、和在步骤S9生成的当前图像之间是否存在差异，在存在差异的情况下，作为有碰撞，结束处理(步骤S10，S11)。另一方面，在无差异的情况下，返回到步骤S5的处理，进行对下一个的部分目标选择等。

图13是表示存在多个机械手的情况下的碰撞判定处理的流程图。

首先，设定为N＝1(步骤S21)。接下来，选择第N个机械手作为碰撞检测对象(步骤S22)。而且，针对全部6面，进行第N个机械手的描绘处理，由此进行碰撞判定(步骤S23)。即、进行图12所说明的碰撞判定。

接下来，将进行了碰撞判定的第N个机械手列入成为被碰撞检测对象的环境的目标(步骤S24)。而且，判断是否处理了全部的机械手(步骤S25)，在没有处理完的情况下，N自加1(步骤S26)，返回到步骤S22的处理。另一方面，在处理了全部的机械手的情况下，结束处理(步骤S27)。

此外，如上述那样地对本实施方式详细地进行了说明，但从本发明的发明点以及效果实质上不脱离地进行多数的变形是本领域技术人员能够容易理解。因此，这样的变形例包括在全部本发明的范围。例如，在说明书或者附图中，至少一次，与更广义或者同义的不同的用语一起记载的用语在说明书或者附图的任何位置，都能够被置换为其不同的用语。另外，本实施方式以及变形例的全部的组合也包含在本发明的范围。另外，碰撞检测系统、机械手系统的构成·动作、深度图信息的设定手法、碰撞检测对象目标的描绘手法、碰撞检测对象目标的碰撞判定手法等并不限定于本实施方式所说明的例子，能够进行各种的变形实施。符号说明

OBA～OBC、OBA1～OBA4、OB11～OB41目标，RB机械手(碰撞检测对象目标)，SF1～SF6对象面，DPM1、DPM2深度图，DRP平行投影的方向，10处理部，12目标空间设定部，14碰撞判定部，16比较处理部，30描绘部，50存储部，52目标数据存储部，54描绘缓冲器，56深度缓冲器，70操作部，80外部I/F部，90信息存储介质，300控制装置，310机械手，320臂，330手部。

Claims (10)

1.一种机械手系统，其特征在于，包括：

机械手；

处理部；

进行描绘处理的描绘部；

设定深度信息的深度缓冲器，

在上述深度缓冲器中，在对象面配置设定的目标的深度信息被设定为深度图信息，

上述描绘部进行第1描绘处理，该第1描绘处理中进行深度测试，一边参照上述深度缓冲器的上述深度图信息，一边对构成上述机械手的图元面中的从规定的视点观察处于背面的图元面进行描绘，

上述描绘部进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试而对构成上述机械手的图元面中的从上述视点观察处于背面的图元面进行描绘，

上述处理部进行基于上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的结果，判定上述机械手是否与上述对象面的上述目标碰撞的碰撞判定。

2.根据权利要求1所述的机械手系统，其特征在于，

上述处理部进行通过上述第1描绘处理而生成的第1图像与通过上述第2描绘处理而生成的第2图像的比较处理，从而进行上述碰撞判定。

3.根据权利要求1所述的机械手系统，其特征在于，

上述处理部通过进行上述第1描绘处理中的描绘像素数信息与上述第2描绘处理中的描绘像素数信息的比较处理，从而进行上述碰撞判定。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的机械手系统，其特征在于，

上述描绘部在上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的各描绘处理中，通过无限远的上述视点处的平行投影对上述机械手的背面的图元面进行描绘。

5.根据权利要求4所述的机械手系统，其特征在于，

在上述深度缓冲器中，通过无限远的上述视点处的平行投影对上述对象面的上述目标进行描绘所获得的深度信息被设定为上述对象面的上述深度图信息。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的机械手系统，其特征在于，

上述机械手由多个部分目标构成，在从上述视点观察上述多个部分目标中的第1部分目标与第2部分目标不重叠的情况下，

上述描绘部在上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的各描绘处理中，同时描绘上述第1部分目标与上述第2部分目标。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的机械手系统，其特征在于，

在作为上述机械手，存在多个上述机械手的情况下，

上述处理部在针对上述多个机械手中的第1上述机械手进行上述碰撞判定之后，将上述机械手设定为被碰撞检测对象目标，进行针对上述多个机械手中的第2上述机械手的上述碰撞判定。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述的机械手系统，其特征在于，

在上述深度缓冲器中，设定与以内包上述机械手的方式设定的第1～第N对象面对应的第1～第N深度图信息的各深度图信息，其中，N为2以上的整数，

上述描绘部针对上述第1～第N对象面的各对象面，进行第1描绘处理和第2描绘处理，该第1描绘处理中，进行深度测试，一边参照上述第1～第N深度图信息的对应的各深度图信息，一边对上述机械手的背面的图元面进行描绘，而该第2描绘处理中，不进行深度测试而对上述机械手的背面的图元面进行描绘，

上述处理部基于针对上述第1～第N对象面的各对象面的上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的结果，进行上述碰撞判定。

9.根据权利要求8所述的机械手系统，其特征在于，

上述第1～第N对象面是构成内包上述机械手的立方体或者长方体的面。

10.一种机械手控制装置，其特征在于，包括：

处理部；

进行描绘处理的描绘部；

设定深度信息的深度缓冲器，

在上述深度缓冲器中，在对象面配置设定的目标的深度信息被设定为深度图信息，

上述描绘部进行第1描绘处理，该第1描绘处理中进行深度测试，一边参照上述深度缓冲器的上述深度图信息，一边对构成机械手的图元面中的从规定的视点观察处于背面的图元面进行描绘，

上述描绘部进行第2描绘处理，该第2描绘处理中，不进行深度测试而对构成上述机械手的图元面中的从上述视点观察处于背面的图元面进行描绘，

上述处理部进行基于上述第1描绘处理与上述第2描绘处理的结果，判定上述机械手是否与上述对象面的上述目标碰撞的碰撞判定。