CN112917472B

CN112917472B - 信息处理方法和装置、控制方法、机器人系统及制造方法

Info

Publication number: CN112917472B
Application number: CN202011398792.4A
Authority: CN
Inventors: 佐佐木裕宣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2040-12-02
Also published as: JP2021091012A; CN112917472A; US20210170599A1

Abstract

本发明涉及信息处理方法和装置、控制方法、机器人系统及制造方法。该信息处理方法包括输出步骤，其中，控制设备基于在可移动单元外部布线的线材被固定于的至少一个固定位置的初始值、线材长度的初始值以及包括施加在与可移动单元的动作相关联的线材上的物理约束的搜索条件，来输出具有满足预定条件的长度和固定位置的线材模型。

Description

信息处理方法和装置、控制方法、机器人系统及制造方法

技术领域

本公开涉及一种用于线材的长度和/或固定位置的设计支持的信息处理方法、机器人设备的控制方法、机器人系统、物品制造方法和信息处理装置。

背景技术

在工业产品的生产线中使用诸如机器人设备等的各种可移动单元。有时将诸如手和气动卡盘等的工具附装于机器人设备的机器人臂的手端。通常对诸如信号线缆和空气管等的线材进行布线，以将诸如电信号和空气等的驱动介质传输至这类工具。尽管在某些情况下，在机器人臂的本体内对此类线材进行布线，但通常会在手臂的外部进行布线。

在本说明书中，以上述诸如沿着机器人臂布置的信号线缆和空气管等线材为代表的构件，通常被称为术语“线缆”。也就是说，“线缆”通常是如下的概念，它并不总是指诸如信号线缆等的传输电信号的构件，而是包括例如本说明书中的用于传输或传播其他介质的线材，例如空气管。

虽然如上所述在手臂的外部布线的线缆随着机器人臂的动作而变形或移动，但是在实际机器人设备的动作环境中，诸如各种外部设备和支柱等的障碍物经常配置在机器人设备周围。因此，如何避免由于线缆与这些外部设备以及障碍物的干涉而引起的线缆或设备故障是这类技术中的大问题。

迄今为止，已知有计算布置在机器人臂周围的线缆行为的仿真方法。日本特开2013-35083号公报公开了如下的技术，该技术自动调整在仿真中使用的排斥力的系数，以使得信号线缆或线材与刚性体碰撞时的动态行为与这类仿真的仿真结果相吻合。

这种仿真技术使得能够虚拟地计算与机器人设备的动作相关联的线缆的物理行为，并且能够被用于例如预先确认布置在机器人设备周围的线缆是否与周围环境干涉。该技术使得能够检查线缆是否绕机器人设备缠绕，线缆是否干涉周围环境及其状态，并且能够基于结果对例如避免此类干涉的机器人动作进行编程。

顺便提及，有必要在考虑与这类线缆及其布线形式有关的布线设计中的曲率半径、由张力引起的负载等的变化的同时，确定线缆的端点的位置和线缆的长度。因此，线缆布线设计需要考虑许多参数、直觉和实验规则，因此其个人依赖性高且成本高。

一般来讲，围绕机器人设备布置的线缆通常被设计成在长度方面具有足够的余量，使得线缆大体上可以适应具有高自由度的机器人的动作。然而，如果线缆的长度较长，则线缆与周围环境接触的可能性增加。因此，即使可能恶化空间效率，也必须广泛地开放机器人周围的空间。还存在这样的不良情况，即，机器人设备的原始的较宽的可移动范围因布置线缆而受限。

发明内容

根据本公开的一些实施例，提供一种信息处理方法，该信息处理方法包括输出步骤，其中，控制设备基于在可移动单元外部布线的线材被固定于的至少一个固定位置的初始值、线材长度的初始值以及包括施加在与可移动单元的动作相关联的线材上的物理约束的搜索条件，来输出具有满足预定条件的长度和固定位置的线材模型。

根据本公开的一些实施例，提供一种信息处理装置，该信息处理装置包括：控制设备，其基于在可移动单元外部布线的线材被固定于的至少一个固定位置的初始值、线材长度的初始值以及包括施加在与可移动单元的动作相关联的线材上的物理约束的搜索条件，来输出具有满足预定条件的长度和固定位置的线材模型。

通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是例示能够执行本示例性实施例的仿真的算术单元的框图。

图2是例示布线设计支持系统的功能的框图。

图3是例示图2中的机器人仿真功能的框图。

图4例示机器人及其周围环境的仿真模型。

图5例示机器人、周围环境和线缆的仿真模型。

图6是例示用于生成线缆模型的计算步骤的流程图。

图7例示用于生成线缆模型的输入GUI的一个示例。

图8例示可以登记与线缆类型相对应的物理参数的GUI的一个示例。

图9是例示线缆布线搜索功能的计算步骤的流程图。

图10例示线缆布线搜索功能的输入GUI的一个示例。

图11例示被划分的线缆模型的曲率半径。

图12例示指示线缆布线搜索功能的输出结果的GUI的一个示例。

图13例示线缆可通过区域被添加至仿真模型的图像。

图14例示在线缆布线搜索功能中考虑了可通过区域的GUI的一个示例。

图15是例示使用遗传算法的线缆布线搜索功能的计算步骤的流程图。

图16例示仿真程序的画面的一个示例。

图17例示遗传算法的代的更替状态的一个示例。

图18例示在线缆布线搜索功能中考虑线缆类型的GUI的一个示例。

图19例示指示在查找线缆类型的情况下的输出结果的GUI的一个示例。

图20例示指示线缆布线搜索的多个输出结果的GUI的一个示例。

图21例示指示通过线缆布线搜索未获得有效搜索结果的情况的GUI的一个示例。

具体实施方式

下面将参照附图描述用于执行本公开的模式。注意，下面描述的构造是出于示例的目的，并且本领域技术人员能够例如在不脱离本公开的要旨的范围内适当地修改其具体构造。此外，在本示例性实施例中采用的数值仅是参考数值的示例。

第一示例性实施例

下面将参照图1至图12和图16描述本示例性实施例的线缆布线设计支持系统。

图1例示了能够执行本示例性实施例的用于支持线缆布线设计的处理的控制设备1的示例性构造。控制设备1的大致外观采用稍后描述的例如图16所示的形式。控制设备1是用作布线设计支持系统的处理器，并且由包括例如PC(个人计算机)形式的控制单元的硬件等的计算机系统组成。

图1中的控制设备1包括用作算术部分的CPU 20、ROM 21、RAM 22、HDD 23、用作存储介质的记录盘驱动器24以及各种接口25、26、27和28。ROM 21、RAM 22、HDD 23、记录盘驱动器24和各种接口25、26、27和28经由总线29可彼此通信地连接至CPU 20。

在ROM 21中存储有使CPU 20执行稍后描述的控制步骤的控制程序。然后，基于存储在ROM 21中的控制程序，CPU 20执行稍后描述的控制过程。RAM 22组成临时存储CPU 20的处理结果的存储设备。HDD 23是外部存储设备，并且预先存储诸如零件数据、三维有限元方法的计算公式等的各种信息。HDD 23根据CPU 20的指令存储诸如CPU 20的计算结果等的数据。

控制设备1对应于作为控制主体的信息处理装置，该信息处理装置执行本示例性实施例的用于支持布线设计的信息处理方法。控制设备1配设有包括诸如通过接口25连接的键盘11和通过接口26连接的鼠标12等的指点设备，以能够接收各种操作输入。控制设备1还配设有通过接口27连接的监视器13以能够显示各种画面，诸如数据输入(即数据编辑)画面和用于显示虚拟三维空间中的零件等的显示画面。使用诸如监视器(即显示器)13、键盘11和鼠标12等的操作输入部来构造用户界面。通过该用户界面能够实现后述的配设有对话框和菜单的GUI(图形用户界面)，并且用户可以进行例如与用于搜索期望的线缆布线的条件有关的输入设置。

接口28被构造为能够连接诸如可重写非易失性存储器和外部HDD等的外部存储设备14。记录盘驱动器24使得能够在对记录盘15进行读/写操作时访问记录盘15。记录盘15可以存储使CPU 20用作控制设备以执行本示例性实施例的布线设计支持计算的程序。在记录盘15存储本示例性实施例的布线设计支持计算程序的情况下，记录盘15构成本示例性实施例的计算机可读非暂时性存储介质。注意，还可以通过使用记录盘15将本示例性实施例的布线设计支持计算程序安装在外部存储设备14、RAM 22或ROM 21的可重写存储区域中。还可以通过使用记录盘15来更新已经安装的程序。然而，本示例性实施例的布线设计支持计算程序的安装和更新可以通过未例示的网络等来进行。

图16例示了一种示例性仿真系统，该仿真系统配设有上述控制设备1以及连接至控制设备1的诸如监视器13、键盘11和鼠标12等的操作输入部。在图16中，在监视器13上显示仿真显示器161。仿真显示器161由稍后描述的机器人和组件的显示部以及如下GUI构成：诸如图7中的线缆参数输入GUI、图10中的搜索参数输入GUI和图12中的布线输出GUI等。仿真显示器161用于在与实际机器人设备的动作及其周围环境相对应的虚拟环境中仿真并显示模型的行为，以支持线缆布线设计。

期望能够确认机器人设备在任意环境中动作的状态，以进行与机器人设备的动作及其周围环境相对应的线缆布线设计。为此，本示例性实施例的控制设备1被构造为包括如图2所示的功能块的线缆布线设计支持系统1301。如图2所示，线缆布线设计支持系统1301包括机器人仿真功能1302、线缆模型生成功能1303和线缆布线搜索功能1304。

作为线缆布线设计支持系统1301的对象的线缆(即，线材)沿着机器人设备的主体被配置在机器人设备的外部，并且随着机器人设备的动作而变形或移位。因此，如果线缆布线设计支持系统1301要仿真诸如线缆(即，线材)的端点位置和长度(即，全长)等的规格，则线缆布线设计支持系统1301优选地包括机器人仿真功能1302。

下面将描述线缆布线设计支持系统1301的机器人仿真功能1302、线缆模型生成功能1303和线缆布线搜索功能1304。

图3例示了机器人仿真功能1302的功能块。如图3所示，机器人仿真功能1302包括，用于将机器人模型或其他设备模型配置在仿真器上的模型配置功能1311和用于登记用作机器人动作起点的示教点的机器人示教功能1312。机器人仿真功能1302还包括：机器人动作生成功能1314，用于根据移动命令生成实际机器人到示教点的动作；以及干涉检测功能1315，用于检测对各个模型的干涉并将其通知用户。机器人仿真功能1302还包括运动学计算功能1316，用于计算当机器人设备与其他物体相互作用时的物理行为。这些功能是在虚拟环境中对实际机器人设备的动作进行仿真的已知的机器人仿真器的功能，因此这里将省略其详细描述。

图2中的线缆模型生成功能1303是生成在仿真计算中使用的线缆模型的步骤，即第一线材模型生成步骤。图4例示了由机器人仿真功能1302仿真的机器人设备及其周围环境的仿真模型的一个示例。图4中的仿真状态是在线缆模型生成功能1303生成线缆模型之前的状态。图4中的仿真状态由对机器人设备41、待加工对象42和作为机器人设备周围环境的台座43进行仿真的模型组成。机器人设备41和作为待加工对象42的工件被布置在台座43上。注意，图4中的附图标记44和45表示在机器人设备41周围布置的线缆的端部区域被固定和连接的端点的固定位置，即稍后描述的位置A和B。

注意，在本说明书中，线缆(即，线材)被固定和连接的“端点”的“固定位置”仅供参考，并不总是指线缆(即，线材)两端的切割端面。“端点位置”和“固定位置”是指在特定方向上通过夹子或连接器将线缆固定到可移动设备或周围环境的位置，即在稍后描述的特定三维坐标X、Y和Z中以稍后描述的旋转角度α±、β±、γ±表示的姿势。

实际机器人设备41以与机器人仿真功能1302所仿真的动作相同的动作来对用作待加工对象42的工件进行操作。这种布置使得能够在配置有机器人设备41的构成生产线的机器人系统中从用作待加工对象42的工件制造诸如工业产品等的物品。

图5例示了机器人设备41以及周围环境的仿真模型的一个示例，通过机器人仿真功能1302生成的作为线材的线缆51(即线缆模型)附装于该机器人设备41。除了机器人设备41的各个组成部件和用与图4中相同的附图标记表示的周围环境之外，所生成的线缆51的两侧的端点在位置44和45处连接。

图6例示了线缆模型生成功能1303的处理流程。在图6的处理中，首先，在线缆参数输入步骤(即初始值设置步骤)1321中，控制设备1通过使用例如图7例示的GUI 1330来接受输入线缆参数的用户操作。图7中的GUI 1330被布置为使得能够通过下拉菜单输入图8中的GUI 1340中指示的、预先数据库化的线缆A、B或C的类型71。图7中的GUI 1330包括线缆生成按钮75，并且当用户操作线缆生成按钮75时，生成具有在71至74的各个字段中指定的参数作为初始值的线缆模型。

在图8的GUI 1340中，线缆A、B和C被预先数据库化为由若干物理参数描述的类型。图8的GUI中的表格显示器1341可以用于显示与线缆A、B和C相对应的线缆模型的物理参数的设置内容，或用于编辑其设置值。为了对与机器人设备41的动作相关联的动态线缆行为进行仿真，线缆A、B和C的参数包括与线缆(即，线材)的曲线有关的参数。与线缆(即，线材)的曲线有关的参数包括与质量有关的参数，例如直径和密度，以及与曲线有关的参数，诸如杨氏模量、泊松比、衰减系数等。

图7的GUI 1330可以被布置为能够清楚地输入这些物理参数。然而，通过预先将各个物理参数准备为图8中指示的表格，可以通过操作来容易地进行线缆模型的参数指定操作，以指定图7指示的类型71。

在图7中的GUI 1330中，指定初始值以确定线缆布线方法、从哪个位置到哪个位置、要布线多长。例如，设置线缆的端点位置的两个点，使得位置72指示端点A，位置73指示端点B。在这种情况下，设想用要对线缆进行布线的机器人设备的相对坐标来指定它们。关于线缆的端点A的位置44和端点B的位置45，设想将它们的坐标位置预先登记在如图4所示的机器人模型中。在这种情况下，图7中的GUI 1330允许指定适当分配给在位置72和73的字段中预先登记的坐标位置的数字或宏名称。

更进一步，关于线缆的长度74，优选地设置具有足够余量的长度，使得即使机器人移动线缆也不会完全伸展。在图7的GUI 1330中，作为线缆的固定位置的位置72和73以及线缆的长度74，在进行线缆布线搜索时被用作初始值，因此无需输入初始值。当通过本示例性实施例的线缆模型生成功能1303生成线缆模型时，针对与机器人仿真的结果相对应的线缆的长度74和作为固定位置的位置72和73等生成最优值。

当按下图7的GUI 1330中的线缆生成按钮75时，处理转到图6中的仿真模型计算步骤1322。在仿真模型计算步骤1322中生成线缆的仿真模型。在本示例性实施例中，将线缆模型(即，线材模型)生成为多个小圆柱体模型连接的仿真模型。由上述作为固定位置的位置72和73以及线缆的长度74来定义线缆模型(即，线材模型)。

例如，在生成线缆模型(即，线材模型)时，确定线缆的每划分单位的长度(L)。虽然划分单位的长度越短，线缆的仿真越平滑，但是计算时间会因划分数量的增加而增加。作为进行完全平滑仿真的标准，可以由下式根据线缆的直径确定划分单位长度(L)：

由于线缆划分单位的形状是具有长度(L)的圆柱体，所以可以由下式，根据直径划分单位长度(L)和密度(D)计算出质量(m)、惯性(I)和重力(g)的信息，即与质量有关的参数。这里，假定该圆柱体在零件坐标系的Z方向上延伸：

接下来，根据杨氏模量(E)、泊松比(P)、衰减系数(δ)等与线缆的弯曲特性有关的参数，计算出每线缆划分单位的刚度系数(k)和粘度系数(d)。关于零件坐标系的x、y和z的各个方向，可以由下式计算这些刚度系数(k)和粘度系数(d)。当然，与图7的GUI指定的线缆类型71对应的、图8中的表预先指示的值，被用于杨氏模量(E)、泊松比(P)、衰减系数(δ)等。

可以通过例如用球形接头等连接上述计算出的线缆划分单位的圆柱体模型而以由用户指定的长度生成初始状态的线缆模型(即，第一线材模型)。

在图6的线缆姿势计算步骤1323中，将在仿真模型计算步骤1322中生成的线缆模型安装在仿真环境中。此时，使用如下信息，即，在图7的GUI 1330中设置的线缆端点的固定位置的位置72和73，作为输入信息的初始值。

在此，将生成的线缆模型(即线材模型)的线缆模型的根安装在固定端点的位置A处。虽然在此阶段线缆未变形且位置B与线缆的远端不一致，但是可以通过进行反向运动学计算使得线缆模型的远端与端点B的位置一致，从而计算出划分的线缆部分的变化量。

因此，通过线缆姿势计算步骤1323，生成分别与初始值(通过该初始值固定端点)的固定位置和长度定义的初始状态相对应的线缆模型(即，第一线材模型)。然后，在图6的线缆模型输出步骤1324中，可以在监视器13上例如以线框或多边形的形式三维显示被生成为初始状态的第一线材模型的线缆模型。

根据本示例性实施例，可以通过线缆布线搜索功能1350，即图2中的线缆布线搜索功能1304，来搜索具有适当的端点位置和长度的线材模型(即，线缆布线)。图9例示了线缆布线搜索功能1350的示意性流程。在此，由图10例示的用于在搜索参数输入步骤1351(即，搜索条件设置步骤)中设置稍后描述的线缆布线搜索功能的GUI 1360来指定搜索条件。然后，在布线候选生成步骤1352(即，第二线材模型生成步骤)中从上述处于初始状态的线缆模型开始生成具有不同的端点位置和长度的线缆模型(即，第二线材模型)作为线缆布线的候选。在布线候选评估步骤1353中，在虚拟环境中对设备模型的动作和与设备的动作相关联的线材模型的动作进行仿真，并相应地生成线材模型的长度和固定位置的评估值。更进一步地，在布线输出步骤1354中，通过使用评估值来输出具有满足合格标准(即，预定条件)的长度和固定位置的线材模型的长度和固定位置，来查找线材模型作为与布线形式相对应的布线候选。

在线缆布线搜索功能1350中，可以通过考虑机器人仿真的结果来搜索并指定满足合格标准的、具有适当的端点固定位置和长度的线材模型。然后，可以输出线材模型的满足合格标准的适当的端点固定位置和长度。

在搜索参数输入步骤1351中使用的图10的GUI 1360中，基于固定端点的第一线材模型的位置A和B以及长度来指定要被生成为候选的第二线材模型的位置A和B以及长度(L±)的搜索范围102至104。位置A和B的搜索范围102和103例如由三维坐标(X±，Y±，Z±)和围绕坐标轴的旋转角度(α±，β±，γ±)等指定。还可以在线缆布线搜索功能1350的图10的GUI 1360中指定仿真中要由机器人设备执行的机器人动作101。

更进一步地，可以指定要在机器人动作中对线缆模型施加的物理约束，作为在105、106和107中的搜索条件的一部分。搜索条件包括例如105中的线缆最小允许曲率半径、106中的线缆端部最大负载和107中的干涉检测对象。107中的干涉检测对象可以以稍后描述的图13和图14的形式指定。注意，可以在图10的GUI 1360中输入上述的机器人动作101、搜索范围102至104以及搜索条件105至107之后，通过操作搜索开始按钮108来执行指定的线缆布线搜索。

在对线缆布线搜索功能1350的图10的GUI 1360中的机器人动作101进行指定时，将由机器人仿真器生成的动作指定为机器人动作。例如，指定已经仿真的动作和在HDD中输出的文件。或者，也可以采用输入形式，其中考虑设备模型的机器人仿真未完成的情况，通过示教点格式或机器人程序格式的机器人控制数据的识别信息来指定机器人动作101。

更进一步地，在图10中，在指定搜索范围102、103和104时，由可能的三维坐标(X±，Y±，Z±)和围绕坐标轴的旋转角度(α±，β±，γ±)来指定线缆端点被固定的位置A和B。用长度单位来指定线缆长度(L±)。类似于线缆模型生成功能1303的情况，可以用相对于线缆所要布线的零件的相对坐标来指定线缆端点，并且对于可布线范围，可以将相同的相对坐标值输入至字段102和103。类似于线缆模型生成功能1303的情况，对于线缆长度，可以将从设置的线缆长度的初始值起的范围输入到字段104。

最后，输入搜索条件。输入施加在线缆模型上的物理约束，诸如线缆曲率半径的最小值的设置(105)，施加到线缆端部的负载的最大值的设置(106)以及不应与线缆接触的对象的设置(107)。在输入所有这些参数之后，可以通过按下搜索开始按钮108来开始布线搜索。

在图9中的布线候选生成步骤1352中，将在上述线缆模型生成功能1303中输出的初始状态的线缆模型(即第一线材模型)设置为起点。然后，基于该起点，生成线缆模型(即，第二线材模型)作为要在搜索参数输入步骤中输入的搜索范围内被评估的候选。注意，作为生成评估值的候选的线缆模型(即第二线材模型)可以包括线缆模型(即第一线材模型)本身或与其等效的模型。在此，可以通过组合在指定搜索范围102至104中包含的位置A和B以及长度，来生成线缆模型(即，第二线材模型)作为至少一个布线候选。注意，可以每次生成多个模型作为线缆模型，(即，第二线材模型)，或者在使用稍后描述的遗传算法的情况下，可以每代生成若干个线缆模型(即，第二线材模型)。

与初始状态下的第一线材模型相似，由在指定的搜索范围102至104中包括的、特定位置A和B以及长度的参数来定义要被生成为评估候选的第二线材模型。因此，可以使用特定位置A和B以及长度，通过与上述线缆模型生成功能1303相同的例程来生成第二线材模型。

尽管特定线缆模型(即第一或第二线材模型)的形状可能会与围绕其配置线缆模型的机器人设备(设备模型)的动作相关联地变化，但是线缆模型是由固定位置的参数，即位置A和B以及长度，唯一定义的。因此，认为以下使用的诸如“搜索端点位置和长度的候选”的描述等同于“搜索线缆模型(即线材模型)”。

在图9中的布线候选评估步骤1353中，分别评估作为布线候选的第二线材模型或第一线材模型。可以使用机器人仿真的结果来计算评估值，使得例如在满足搜索条件的线缆中，线缆上的负载累积最少的评估值最高。例如可以用诸如0至10和0至100的实数范围生成布线候选的评估值。

如果仿真结果不满足上述搜索条件，则生成评估值0作为最低评估值。由于在图9中的布线候选评估步骤1353中要进行的线缆与机器人和周围环境的干涉检测以及施加到线缆端部的负载的计算系统是已知的，此处将省略其详细描述。或者，在仿真结果满足搜索条件的情况下，例如可以基于线缆的曲率半径的变化值来计算关于线缆的负载累积的评估值。

例如，如图11所示，可以计算上述被划分为精细划分单位的线缆模型在各个划分点处的曲率半径。图11例示了被划分为划分单位111和112的线缆模型弯曲的状态。在这种情况下，可以由下式根据划分单位长度(L)、线缆直径和划分单位112与划分单位111之间的夹角(θ)来计算从划分单位111到划分单位112的曲率半径(R)：

线缆模型的曲率半径(R)与被仿真机器人的动作相关联的变化。例如，可以由下式计算从划分单位111到划分单位112的曲率半径(R)的变化量(S)：

计算在组成线缆模型的所有被划分零件之间曲率半径的变化量(S)。在这种情况下，可以认为计算出变化量(S)的最大值(S_MAX)的划分单位的位置是破坏或破损的可能性最大的点。

然后，由于认为线缆上的负载的累积与曲率半径的变化量(S)成比例，因此可以使用变化量的最大值(S_MAX)来由下式计算布线候选的评估值(V)：

通过对作为布线候选的所有第二线材模型或第一线材模型进行上述计算，可以生成相关模型或其固定位置和长度的评估值。通过使用评估值，也可以将作为布线候选的第二线材模型或第一线材模型的布线设计进行排名。

然后，在图9中的布线输出步骤1354中使用图12所示的GUI 1370，以输出在布线候选评估步骤中评估最高的第二线材模型或第一线材模型。图12显示要呈现给用户的、关于固定位置(即位置A和B)以及长度(L)的搜索结果1371。

注意，可以布置成使得，使用监视器13、鼠标12等，通过由GUI组成的用户界面，由三维仿真显示器161输出搜索步骤中的搜索处理。另外，此时，仿真显示器161可以输出虚拟环境中的机器人动作和线缆模型的动作。在这种情况下，可以通过在仿真显示器161内通过标记来指示、改变显示颜色或高亮显示的方法，将计算出曲率半径的变化量(S)的最大值(S_MAX)的划分单位的位置等呈现为被破坏的可能性大的点。

更进一步，在所有查找的布线候选都不满足搜索条件并且评估值为零的情况下，向用户呈现在图21例示的GUI 1420对话框。在GUI 1420的对话框中配置促使用户决定是否要由仿真显示器161呈现搜索结果的“是”按钮1421和“否”按钮1422。尽管未例示详情，但是也可以显示促使改变搜索范围和搜索条件的其他消息，并配置“是”1421和“否”1422对话框按钮。在这种情况下，例如通过向用户呈现对于机器人动作满足搜索条件时间最长的布线候选，用户可以有效地校正搜索范围和搜索条件。

如上所述，根据本示例性实施例，可以设计与用作可移动单元的机器人设备的动作及其周围环境相关联的有效布线。在这种情况下，可以输出与如下长度(即全长)和固定位置相关的值，该长度和固定位置满足特定类型的线缆(即线材)的合格标准，破坏的可能性小并且不会与周围环境干涉。

第二示例性实施例

在上述示例性实施例中已经描述了图12所示的将在布线候选评估步骤中评估最高的第二线材模型或第一线材模型中的一个输出的示例。然而，例如，如图20的GUI 1410所示，也可以布置为按照评估值的排名从第一名到第三名输出多个第二线材模型或第一线材模型。在图20的GUI 1410中，以与图12类似的格式分别输出第二线材模型或第一线材模型的固定位置(即位置A和B)和长度(L)的参数1411、1391和1413。

在布线设计工作中，存在优选对不同固定位置(即位置A和B)和长度(L)的各个参数的计算结果进行比较的情况。在考虑这样的需要的情况下，设想到通过图20的GUI 1410有效地向用户呈现在布线搜索结果当中的、评估更高的搜索结果。

第三示例性实施例

图18和图19例示了本示例性实施例的布线设计支持系统的扩展示例。存在如下情况，例如即使信号线缆具有相同或相似的电学特性，也存在各种类型的、粗细和刚度不同的市售线缆。然后，可能需要在不同类型的线缆(即线材)中选择最优线缆。为了适应这种需要，在搜索范围中引入线缆类型是有效的。

图18例示了GUI 1380的一个示例，该GUI 1380被布置为能够在图9中的线缆布线搜索功能1350中指定线缆的类型作为搜索范围。图18中的GUI 1380是将用于指定要查找的线缆类型范围的字段181添加到图10的GUI 1360中。用于指定线缆类型范围的字段181被构造为，使得能够以诸如CSV格式等的格式例如从图8的表中指定线缆的识别码等，如线缆B和线缆C。或者，可以由允许多次检查的下拉菜单或上拉菜单来构造用于指定线缆类型范围的字段181。

接下来，在图9的布线候选生成步骤中，针对由字段181指定的线缆模型生成布线候选，即第二线材模型。在这种情况下，在本示例性实施例中，针对在上述指定的线缆类型范围内包含的多个线材模型生成初始状态下的第一线材模型。然后，以与第一示例性实施例相同的方式评估搜索条件，生成布线候选(即第一或第二线材模型)并输出与其长度和固定位置有关的信息。

图19例示了本示例性实施例的、指示包括最优线缆的布线搜索结果的GUI 1390的一个示例。在该示例中，如对话框1391的最下部所示，输出被评估最高的线缆A的类型。

因此，本示例性实施例使得能够在多种类型的线缆中选择与可移动单元的动作和周围环境相关联的最优线缆，并且能够进行包括线缆长度和线缆端部的固定位置的布线设计。

第四示例性实施例

将参照图13和图14描述本示例性实施例的线缆布线设计支持系统的扩展功能。

在设计使用机器人设备的工作环境时，通常首先确定诸如机器人和外围单元的位置等的布局，然后进行机器人的示教以确定其动作。设想在使用布线设计支持系统的情况下，在布局时需要设置线缆通过的范围。

为了在布线设计支持系统中适应这种需求，认为在搜索条件中引入线缆可通过区域是有效的。

图13例示了在虚拟环境中将线缆的可通过区域131添加到仿真模型的状态。可以布置为使得用户例如使用监视器13、鼠标12等，通过GUI用鼠标输入例如长方体形状的顶点信息来设置区域，来指定可通过区域131。

图14例示了用于通过线缆布线搜索功能指定可通过区域的GUI1380的一个示例。图14中的GUI 1380包括用于指定机器人动作的对话框1381、用于指定搜索范围的对话框1382和用于指定搜索条件的对话框1383。然后，在图14的GUI 1380中指定搜索条件的对话框1383包括用于指定可通过区域131的识别信息的字段141，该可通过区域131例如通过输入图13中的长方体形状而指定。

然后，在本示例性实施例中，仅需要在图9中的布线候选评估步骤1353中进行用于确认线缆是否不偏离可通过区域的处理。实际上，仅需要确认与可移动单元(即机器人设备)的设备模型一起移动的线缆模型是否与在搜索参数输入步骤中设置的可通过区域的各面不发生干涉(即，相交)。通过机器人仿真功能可以确认该面是否与线缆模型(即线材模型)发生干涉。在确认可通过区域的面与线缆模型(即，线材模型)发生干涉的情况下，将线缆模型(即，线材模型)的评估值设为零。

如上所述，根据本示例性实施例，特别是考虑了线缆不偏离预先设计的线缆可通过区域的约束，可以输出线缆模型(即，线材模型)、其长度以及其端部的固定位置。在添加了线缆可通过区域的情况下，作为次要效果，由于不需要准备机器人周围环境的三维模型，因此可以更容易地实现线缆布线的搜索计算。注意，尽管在本示例性实施例中例示了设置长方体线缆可通过区域的示例，但是不言而喻的是，即使可通过区域是圆柱体或是复杂的，也可以通过类似的方法来计算评估值。

第五示例性实施例

在本示例性实施例中，将研究加快搜索线缆模型(即，线材模型)处理的可能性。例如，在上述示例性实施例中，通过将第二线材模型设置为搜索候选来生成在图10的GUI1360和图14的GUI 1380中指定的、端点固定位置(即，位置A和B)和长度(L)的搜索范围。尽管也取决于用作算术单元的CPU 20，但是如果以高搜索粒度划分搜索范围来一次生成大量的第二线材模型作为搜索候选，则布线候选会大幅增加，并且计算成本可能会增加。这可能需要大量的处理时间，可能会使系统失去实用性。

那么，在某些情况下，取决于用作布线设计支持系统的运算单元的CPU 20的性能，有必要减小搜索粒度大小以降低计算成本。然而，如果搜索粒度的大小太小，则有可能降低最终输出的布线设计的最优性。

作为解决该问题的技术，设想使用如本示例性实施例那样的一种元启发式的遗传算法。

图15例示了在本示例性实施例中使用遗传算法来搜索线缆(即，线材)的布线处理过程。图17例示了由遗传算法引起的代的更替状态。这里，在遗传算法中用作基因的遗传密码的是如下七个项目：即，线材的固定位置(即位置A和B)的搜索范围中的两组变化量(x±，y±，z±)和线缆长度的搜索范围中的变化量(L±)的。

在图15的步骤S101中的搜索参数输入步骤中，通过使用与图10的GUI 1360类似的GUI来输入机器人动作101、搜索范围102至104以及搜索条件105至107中的各个搜索参数。

接下来，在步骤S102中的基因初始化步骤中，在搜索范围内随机生成有限的基因。例如，如图17上部的框内所示的初始代G1那样生成具有各种线缆端点位置和线缆长度的基因。步骤S103中的布线候选评估步骤中以与第一示例性实施例的图9中的布线候选评估步骤1353相同的方式执行。在这种情况下，在本示例性实施例的遗传算法的计算中，布线候选的评估值也用作生成布线候选的基因的评估值。

在步骤S104的优化完成判断步骤中，判断是否完成了优化。步骤S104中的优化完成判断步骤还用于确定搜索处理的脱出条件。在步骤S104的优化完成判断步骤中，执行用于确定布线候选的基因代数和评估值是否超过一定数量的比较操作。如果在步骤S104中判断完成了优化，则在步骤S105中输出最优布线候选。

在步骤S104的优化完成判断步骤中判断为未完成优化的情况下，处理转移至遗传算法的步骤S106的布线候选生成步骤，以通过更替基因的代来替换遗传密码并生成下一代的布线候选(即第二线材模型)。

在遗传算法的步骤S106中的布线候选生成步骤中，根据各个基因所指定的线缆的端点位置和长度来生成布线候选，来进行基因的代的更替，即图17中的1G至2G至3G…。更进一步，通过遗传算法中的基因杂交和自发突变来进行代的更替。

例如，在图17的示例中，如果选择第一代G1的基因1A和基因1B作为亲本并杂交，则生成具有它们特征的基因2B。此外，对于自发突变，选择基因2B作为亲本，然后生成基因2B的特征随机改变了的基因3B。通过控制，使被选为亲本的基因的选择概率与评估值成比例，可以提高效率。

通过如上所述的遗传算法的算术运算，通过搜索布线候选(即，线材模型)可以提高评估高的基因的遗传密码的遗传概率。更进一步，根据该技术，优生控制处理起作用。因此，与穷举搜索大量的布线候选(即，线材模型)的技术(即所谓的蛮力法)相比，能够更有效地搜索高度最优的布线候选(即，线材模型)。

如上所述，根据本示例性实施例，通过遗传算法的算术运算，通过搜索布线候选(即，线材模型)，能够利用处理能力有限的计算资源在短时间内获得高度最优的布线设计。

上述示例性实施例的构造和效果为示例性的目的，并且本领域技术人员将能够在不脱离本公开的思想的范围内对上述示例性实施例做出设计更改。例如，在上述示例性实施例中，线材模型(即线缆模型)被描述为具有两个固定位置和长度的参数。但是，在实际的硬件中，有时将线材(即，线缆)在多个固定位置固定于可移动单元。在这样的构造中，在上述示例性实施例中，可以将部分线材从一个固定位置分配到另一固定位置到线材模型(线缆模型)来进行算术运算。更进一步，尽管机器人设备被例示为可移动单元，但是机器人设备的关节的数量和关节的布置是任意的。可移动单元可以是由除机器人设备之外的一些动力驱动的可移动单元。更进一步，线材(即线缆)除了用于电传输的线材(例如信号线缆)外还包括用于传输其他介质(例如空气和液体)的管子和配管。

本公开还可以以如下的方式实现：将用于实现根据上述示例性实施例的一个或更多个功能的程序经由网络或存储介质提供给系统或装置，使得系统或装置中的一个或更多个处理器读取并执行该程序。另外，本发明还可以通过实现一个或更多个功能的电路(例如，ASIC)来实现。

此外，尽管上述各种示例性实施例例示了机器人设备41配设有具有多个关节的多关节机器人臂的构造，但是关节的数量不限于此。更进一步，尽管将垂直多轴构造例示为机器人设备的形式，但是即使通过具有不同形式的接头(诸如平行连杆式接头)，也可以实现与上述构造相同的构造。

上述各种示例性实施例适用于能够基于控制设备中配设的存储单元中的信息，自动进行伸缩动作、屈曲动作、竖直运动、横向运动或旋转运动或其合成动作的机器。

注意，本公开不限于上述示例性实施例，并且可以在本公开的技术构思内以多种方式进行修改。更进一步地，在示例性实施例中的上述有利效果仅仅是从本公开带来的最优选效果的列举。即，本公开的有利效果不限于在本公开的示例性实施例中描述的那些。

其他实施例

可以通过读出并执行记录在存储介质(也可更完整地称为“非临时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或更多程序)以执行上述实施例中的一个或更多的功能、并且/或者包括用于执行上述实施例中的一个或更多的功能的一个或更多电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机，来实现本公开的实施例，并且，可以通过由所述系统或装置的所述计算机例如读出并执行来自所述存储介质的所述计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或更多的功能、并且/或者控制所述一个或更多电路执行上述实施例中的一个或更多的功能而执行的方法，来实现本公开的实施例。计算机可以包括一个或更多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))并且可以包括由单独的计算机或单独的处理器组成的网络，以读取和执行计算机可执行指令。可以例如从网络或所述存储介质，将所述计算机可执行指令提供给计算机。所述存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(诸如压缩光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)或蓝光光盘(BD)^TM)、闪存设备、存储卡等中的一者或更多。

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

虽然本公开包括示例性实施例，但是应当理解，本公开并不限于所公开的示例性实施例。权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以便涵盖所有这类变型以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种信息处理方法，包括：

输出步骤，在该步骤中，控制设备基于在可移动单元布线的线材被固定于的至少一个固定位置的初始值、线材长度的初始值以及包括施加在与可移动单元的动作相关联的线材上的物理约束的搜索条件，来输出具有满足预定条件的长度和固定位置的线材模型，

第一线材模型获取步骤，在该步骤中，控制设备获取与基于固定位置的初始值和线材长度的初始值的线材相对应的第一线材模型；以及

第二线材模型获取步骤，在该步骤中，控制设备基于搜索条件获取具有与第一线材模型的长度和固定位置不同的长度和固定位置的至少一个第二线材模型，

其中，控制设备在虚拟环境中对可移动单元的动作和与可移动单元的动作相关联的第一线材模型和/或第二线材模型的动作进行仿真。

2.根据权利要求1所述的信息处理方法，所述信息处理方法还包括：

初始值设置步骤，在该步骤中，控制设备基于用户操作设置固定位置的初始值和线材长度的初始值；以及

搜索条件设置步骤，在该步骤中，控制设备基于用户操作设置搜索条件。

3.根据权利要求1所述的信息处理方法，所述信息处理方法还包括：

评估步骤，在该步骤中，控制设备基于在虚拟环境中对与可移动单元对应的设备模型的动作和与设备模型的动作相关联的第一线材模型和/或第二线材模型的动作进行仿真的仿真结果，获取针对第一线材模型和/或第二线材模型的长度和固定位置的评估值，

其中，所述控制设备在所述输出步骤中基于评估值进行搜索。

4.根据权利要求1所述的信息处理方法，其中，所述可移动单元是机器人设备，并且所述控制设备在虚拟环境中对机器人设备的动作和与机器人设备的动作相关联的第一线材模型和/或第二线材模型的动作进行仿真。

5.根据权利要求1所述的信息处理方法，其中，所述搜索条件包括在虚拟环境中线材模型的可通过区域的定义。

6.根据权利要求1所述的信息处理方法，其中，所述控制设备基于由用户操作设置的长度和/或固定位置的搜索范围，获取第二线材模型的长度和/或固定位置。

7.根据权利要求1所述的信息处理方法，其中，所述物理约束包括第二线材模型的最小曲率半径的值。

8.根据权利要求1所述的信息处理方法，其中，所述物理约束包括在第二线材模型的端部的最大负载的值。

9.根据权利要求1所述的信息处理方法，其中，所述控制设备在所述输出步骤中通过遗传算法搜索具有满足预定条件的长度和固定位置的线材模型。

10.根据权利要求1所述的信息处理方法，其中，在虚拟环境中对可移动单元的动作的仿真能够由用户指定。

11.根据权利要求10所述的信息处理方法，其中，可移动单元是机器人设备，并且能够通过对示教点格式或机器人程序格式的机器人控制数据的识别信息来指定要仿真的机器人设备的动作。

12.一种非暂时性计算机可读记录介质，其被构造为存储用于执行根据权利要求1所述的信息处理方法的控制程序。

13.一种机器人设备的控制方法，其中，根据权利要求1所述的信息处理方法中的可移动单元是机器人设备，线材围绕所述机器人设备进行布线，并且

其中，所述机器人设备通过根据权利要求1所述的信息处理方法来找到线材模型，并且基于所述线材模型来控制所述机器人设备的动作。

14.一种机器人系统，其包括由根据权利要求13所述的控制方法所控制的机器人设备。

15.一种物品的制造方法，其被构造为由根据权利要求14所述的机器人系统操纵的工件来制造物品。

16.一种信息处理装置，包括：

控制设备，其基于在可移动单元布线的线材被固定于的至少一个固定位置的初始值、线材长度的初始值以及包括施加在与可移动单元的动作相关联的线材上的物理约束的搜索条件，来输出具有满足预定条件的长度和固定位置的线材模型，

控制设备获取与基于固定位置的初始值和线材长度的初始值的线材相对应的第一线材模型；以及

控制设备基于搜索条件获取具有与第一线材模型的长度和固定位置不同的长度和固定位置的至少一个第二线材模型，

17.根据权利要求16所述的信息处理装置，所述信息处理装置还包括用户接口单元，其被构造为在虚拟环境中输出与可移动单元相对应的设备模型的动作和与设备模型的动作相关联的第二线材模型的动作。

18.根据权利要求16所述的信息处理装置，所述信息处理装置还包括用户接口单元，其输出具有满足预定条件的长度和固定位置的线材模型。

19.根据权利要求16所述的信息处理装置，所述信息处理装置还包括用户接口单元，其接收用于设置在可移动单元外部布线的线材被固定于的至少一个固定位置的初始值和/或线材长度的初始值的用户操作。

20.根据权利要求16所述的信息处理装置，所述信息处理装置还包括用户接口单元，其接收用于设置搜索条件的用户操作，所述搜索条件包括与可移动单元的动作相关联的线材要满足的物理约束。

21.根据权利要求16所述的信息处理装置，所述信息处理装置还包括用户接口单元，其在满足预定条件的长度和固定位置的线材模型不存在的情况下输出不存在线材模型。