JP2013145497A - 搬入経路計画システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本搬入経路計画システム1で、主計算装置10は、対象物(31)とその周囲構造物(30)とが干渉しない対象物の姿勢を含む効率的な経路を計算する経路計画機能を有する。携帯端末20は、経路計画機能のGUI画面を提供するGUI表示機能を有する。経路計画機能は、対象物データ、構造物データ、及び搬入装置データ等を用いて、始点と終点を結ぶ複数の経路候補を立案し、当該経路上の対象物の位置に応じた複数の姿勢候補を立案し、経路候補及び姿勢候補について、対象物とその周囲構造物との干渉状態を判定し、その結果に基づき、対象物とその周囲構造物とが干渉しない対象物の姿勢を含む1つ以上の効率的な経路の情報を出力する。
【選択図】図1
Description
図1で、本実施の形態のシステムの構成例を示している。本システム全体は、構造物30、対象物31及び搬入装置32等を含む計画対象(搬出入対象)と、搬入経路計画システム1と、実オペレーションシステム(搬入制御装置)40と、設計装置50(CAD・CAMシステム等)と、空間データ取得装置60とを有する。搬入経路計画システム1は、主計算装置10と携帯端末20とが通信ネットワークで接続される構成である。主計算装置10は、経路計画機能(サーバ)と並列演算機能とを有する。携帯端末20は、経路計画機能(クライアント)とGUI表示機能とを有する。
図3は、主計算装置10の機能ブロック構成や概略的な処理フロー(詳細処理フローは後述)、処理データ情報などを示している。経路計画機能(サーバ機能)を構成する処理部(プログラムモジュール等)として、設定部101、データ入力部102、計算用モデル作成部103、干渉チェック用データ作成部104(経路計画用データ作成部)、表示用データ作成部105、経路立案部111、姿勢立案部112、干渉チェック部113、最適評価部114、データ出力部121などを有する。
図4は、携帯端末20でのGUI表示画面例(G1)を示す。搬入経路情報を表示する例である。本画面(G1)では、経路計画処理の結果得られた経路(例えば最適経路)を2次元(2D)または3次元(3D)で表示する(2D/3Dの切り替え操作なども可能)。図4の搬入経路は曲線の場合であるが、適宜、折れ線などの表示になる(後述の図12)。また背景に構造物30の空間を対応する2D/3Dで表示してもよい(後述の図12)。搬入経路において、始点(搬入始点)、終点(搬入始点)、その途中の対象物31(その重心)が位置する現在点などの情報を表示する。また対象物31(例えば配管)や搬入装置32を模した2D/3Dのオブジェクトあるいはマーク等を表示する。搬入装置32の操作可能な角度(θ,φ)を矢印で示す。また、経路上の対象物31の位置(道のり)に応じて姿勢(角度)を有するので、その情報(例えばヨー角(θ)、ピッチ角(φ))を含む各種情報を例えば図示右側のように表示する。仮想上または実作業上の、対象物31の移動(搬出入)に伴い、位置や経路などの内容(GUI表示データ)を更新して画面に表示する。表示する経路は、全体経路あるいは部分経路を選択できる(図5)。
図5は、全体経路及び部分経路などについて示す。本システムでは全体経路のうち部分経路を設定して部分経路ごとに計画計算処理することができる。ユーザ操作により全体経路を区分して部分経路を設定することもできる。
図6は、図1のシステムに対応して、空間データ取得装置60を用いて自動的に空間データD4を取得して計画を行う場合(例)における作業や処理の概略的な流れを示す。
図7は、本システムで、経路計画処理(干渉チェック処理を含む)とGUI画面表示処理とを並列処理により高速化する構成例を示す。主計算装置10において、経路計画の際、GPGPU70を利用した並列演算処理を用いることにより干渉チェックなどを含む計画処理を高速化すると共に、表示用演算器81/82を利用したGUI画面表示処理の高速化を両立する方式である。主計算装置10に備える2種類の演算器であるGPGPU70(干渉チェック用演算器)と表示用演算器81(またはGPGPU70の表示用演算機能)とを使用して並列(同時並行)で処理する。
図8は、図7に対応して、主計算装置10でGPGPU70を用いた並列演算処理を行う構成例を示す。例えば経路計画処理(301)における、複数の経路候補及び複数の姿勢候補についての干渉チェック処理について、GPGPU70が持つ多数の演算コアを用いて並列演算処理を行う。CPU211は例えば4つの演算コアを持つ。GPGPU70は、例えば512個のGPU演算コアを持つ。
図9は、単一CPUの場合の主計算装置10を用いて経路計画の計算処理(301)を行う方法における処理フロー例(アルゴリズム一例)を示す。S1等は処理ステップを示す。以下の処理では、適宜、前述の計算用モデルデータ(d1〜d3)、干渉チェック用データd4、経路情報d6等が使用される。各処理主体は主計算装置10(経路計画機能)である。
図10は、主計算装置10でGPGPU70の並列演算処理を利用して経路計画の計算処理(301)を行う方法(図7,図8の構成例と対応)における処理フロー例(アルゴリズム一例)を同様に示す。本処理フローでは、GPGPU70を用いた並列演算を行う処理ステップとして、1001,1002などを有する。1001の処理では、GPGPU70の複数のコア(図8)へそれぞれ経路単位の処理を割当て、複数の経路(姿勢を考慮しない基本的な経路)について計算する。1002の処理では、1001で得た基本の経路(候補)について、GPGPU70の複数のコア(図8)へそれぞれ経路・姿勢単位の処理を割当て、複数の姿勢について計算する。1002では物の形状及び姿勢を考慮して計算し、干渉しない姿勢の経路を算出する。
図11は、前記S25の経路立案処理で生成するボロノイ空間(対象物31と周囲構造物(30)との距離に応じたポテンシャル場)の例を示す。1100は、ワーク(対象物31)の現在の位置に対応した点(計算用の単位、座標)の例を示す。1101は非干渉の領域であり、この領域に含まれる点は干渉無しとなる。1102は干渉領域であり、この領域に含まれる点は干渉有りとなる。なお干渉状態を干渉有無の2値で判定する場合である。
図12は、携帯端末20での第2のGUI表示画面例(G2)を示す。2次元(2D)で対象物31及び周囲構造物(空間)を表示し、またそれらの干渉状態を表示する例である。本画面(G2)では、経路計画結果の表示用データd5’及び経路情報d6に基づき、g1のように構造物30を2DのXY平面(建物のフロアの俯瞰の見取り図など)で表示し、g2のように搬入経路(全体経路や部分経路)を表示する。g2の例えば実線矢印部分(例えば赤色表示)は、ユーザにより指定された部分経路であり、破線部分は全体経路のうちの他の経路部分である。丸印は、始点、終点、あるいは途中経由する点(一時的な始点・終点)などである。例えばg3は部分経路の始点を表示/指示するマーカ、g4は部分経路の終点を表示/指示するマーカ、g5は対象物31の現在の位置を表示するマーカ(例えば赤色表示)である。経路の途中に経由する点(一時的な始点・終点)をユーザにより指定可能である。
図13は、携帯端末20での第3のGUI表示画面例(G3)を示す。3次元(3D)で対象物31及び周囲構造物(空間)を表示し、またそれらの干渉状態を表示する例である。本画面(G3)では、経路計画結果の表示用データd5’及び経路情報d6に基づき、g31のように構造物30の空間を3Dの画像で表示する。またこの3D画像(g31)内には、g32のように、対象物31をその姿勢の状態を含めて3Dのオブジェクトで表示する。g32は対象物31の例(後述の図15)である。g33は周囲構造物(30)の例(後述の図16)である。またg31の表示内容(方向)は、例えば経路上の搬入方向や、ユーザ(携帯端末20)から見た前方や、搬入装置32から対象物31を見た前方などとし、ユーザ操作により方向を変えて表示可能とする。またg31の表示内容は、d5’及びd6に応じた静止画や動画などの形式にすることができる。例えばユーザ操作により経路上の位置を指定すると、その位置の姿勢状態を本画面(g31)で静止画で表示して確認することができる。また例えば経路上の2点が指定されると、その2点間の部分経路における対象物31の移動状態を本画面で動画(アニメーション)で表示して確認することができる。またg41では、前述のg21(姿勢空間情報表示部)と同様に、対象物31の干渉状態を表示することができる。
図14は、対象物31の姿勢を規定する角度の表現の例について示す。図14(a)のように、基本として、X:第1方向(対象物31の前方向)、Y:第2方向(対象物31の横方向)、Z:第3方向(対象物31の垂直方向)とする。搬入装置32により対象物31を移動させる操作が可能な方向として、例えばクレーン装置の場合、θ:姿勢第1角度(ヨー角)、φ:姿勢第2角度(ピッチ角)がある。これら(θ,φ)を対象物31の姿勢を規定する角度としてとる。θはZ軸周りの回転、φはY軸周りの回転に対応する。
図15は、計算用モデル作成部103により作成した計算用モデル(3Dオブジェクト)の例を示す。例えば対象物31として概略L字型の配管などの場合である。対象物31の実際の複雑な形状(例えばD1による3DCADモデルの形状)(図示省略)について、その周りに空間的なマージンをとって簡略化することにより、例示するような対象物(計算用モデル)31aとして作成し、d1等のデータとして保存する。例えば1501の部分は、マージンをとることで長方体の要素に変換した場合であり、1502の部分は、マージンをとることで断面が八角形の柱の要素に変換した場合である。それぞれの要素領域の内部に元の形状が包含されている。これに限らず、円柱や球体などの要素や、所定のポリゴン/ボクセルデータ等に変換可能である。搬入装置32や構造物30についても適宜同様に簡略的な計算用モデルを作成する。どの程度マージンをとるか(簡略化の度合い)についてもユーザ設定で調整可能である。対象物31が例えば複雑に折れ曲がった配管であったり、表面の凹凸がある場合などには、その分計算量が多くなってしまうため、このようにマージン付きのモデルに変換して計算することにより、計算時間を短くすることができる。
図16は、計算用モデル(3Dオブジェクト)を用いた、対象物31の移動(搬入)による周囲構造物(30)との干渉のシミュレーション例を示す。例えば図15の対象物(計算用モデル)31aを、図16の概略凹形状の壁などの周囲構造物(計算用モデル)30aを通過するように移動(搬入)させる場合のイメージを示している(図13対応)。矢印は移動方向及び部分経路を示す。1601は対象物31aの前述の重心または他の基準点などを示す。1602の点Aは経路上の1点(周囲構造物30aとの干渉状態を判定する位置の例)を示す。
図19は、図16〜図18のような例に対応した干渉状態(点A設定空間、マップ)の例を示す。前述の画面例のg21,g41のように、経路上の点(位置)における干渉状態を表示する。図19(a)で、横軸は姿勢第1角度(θ)、縦軸は姿勢第2角度(φ)である。干渉状態を2値で判定した場合であり、r1は干渉無し(非干渉)の姿勢領域(例えば青色表示)、r2は干渉有りの姿勢領域(例えば赤色表示)である。一点鎖線はそれらの境界である。また、点b2は、図17(b)の点a2の位置に対応した干渉状態(干渉有り)を示す。また、点b3は、図17(c)の点a3の位置に対応した干渉状態(干渉無し)を示す。このようにある位置である姿勢角度(θ)を連続的に変化させることで干渉有無が変化することがわかる。
経路・姿勢の計算処理方法として、特に、終点(例えば固定の姿勢の搬入終点)側から始点(例えば任意の姿勢の搬入始点)側へ向かって決定してゆくように計算することにより、効率的・高速に計算することができる。
経路計画の計算時間(速度)に関して、リアルタイムあるいは短時間が要求される用途の場合(例えば作業現場で随時経路を表示する場合)と、要求されない用途の場合(例えばプラント施工前の設計時)とで異なるシステム構成・計算方法を適用する。
本システムの利用例(用途)は各種存在するが例えば以下が挙げられる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、対象物31と周囲構造物(30)が干渉しない効率的な経路や対象物31の姿勢などを自動的・高速に計算することができる。搬出入の対象物31と構造物30との干渉による非効率を削減し、搬出入の作業の効率化により、例えばプラント施工(工事)の低コスト化や期間短縮、あるいは予防保全などを実現できる。例えばCAD・CAMシステム等においても、効率的な搬出入・据付が可能な経路を計画できる。特に、どのような経路で対象物31をどのような姿勢で移動させれば周囲構造物(30)と干渉せずに効率的に移動できるか、といった点まで含めた、最適な経路を得られる。また特に、最適な経路などの情報を作業者などのユーザが見る携帯端末20の画面にわかりやすく表示し、効果的な作業支援を実現できる。
Claims (20)
- 構造物に対して対象物を搬出入する経路を計算により計画する情報処理を行う計算装置を含んで構成される搬入経路計画システムであって、
前記計算装置は、前記対象物とその周囲構造物とが干渉しない対象物の姿勢を含む効率的な経路を計算する経路計画機能を有し、
前記経路計画機能は、
前記経路を計算するための始点と終点を含む条件情報をユーザ操作により設定する設定部と、
前記構造物の3次元のモデルのデータと、前記対象物の3次元のモデルのデータと、を含むデータを入力する入力部と、
前記条件情報及び前記入力のデータを用いて、前記始点と終点を結ぶ複数の経路候補を立案する経路立案部と、
前記複数の各々の経路候補について、当該経路上の対象物の位置に応じた複数の姿勢候補を立案する姿勢立案部と、
前記経路候補及び姿勢候補について、前記対象物とその周囲構造物との干渉状態を判定する干渉チェック部と、
前記干渉状態の判定の結果に基づき、前記対象物とその周囲構造物とが干渉しない対象物の姿勢を含む1つ以上の効率的な経路の情報を出力する出力部と、を有すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記計算装置に通信ネットワークを介して接続される携帯端末を有し、
前記携帯端末は、前記経路計画機能により提供される処理及び情報をユーザ操作により容易に扱うためのGUI画面を提供するGUI表示機能を有し、
前記GUI表示機能は、前記携帯端末の画面に、前記構造物に対して対象物を搬出入する効率的な経路を含む情報を表示すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記計算装置は、制御処理を行うCPUと、主メモリと、並列演算処理を行うGPGPUと、を有し、
前記経路計画機能の処理として、前記CPUから前記GPGPUに対し、前記複数の経路候補及び姿勢候補における前記対象物とその周囲構造物との干渉状態を判定する処理に関する並列演算処理を指示し、前記GPGPUの複数の各々の演算コアに経路候補及び姿勢候補ごとの処理を割り当てて並列演算処理を実行させ、当該処理結果を前記主メモリへ統合すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項3記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記経路立案部は、前記GPGPUの並列演算処理を用いて、前記対象物の形状とその周囲構造物の形状とが干渉しない状態となる複数の経路候補を立案する処理を行うこと、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項3記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記姿勢立案部は、前記GPGPUの並列演算処理を用いて、前記複数の各々の経路候補について、前記対象物の姿勢とその周囲構造物とが干渉しない状態となる複数の姿勢候補を立案する処理を行うこと、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記経路計画機能は、前記対象物とその周囲構造物とが干渉しない対象物の姿勢を含む1つ以上の経路について、評価することにより、姿勢の変動が少ない経路を、最適な経路として選出する最適評価部を有すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記経路計画機能は、前記入力のデータによる前記対象物及び構造物の形状の周りに空間的なマージンをとって簡略的な形状による3次元のモデルを作成して前記経路の計算用モデルデータとする計算用モデル作成部を有すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記計算装置は、前記入力のデータをもとに、メモリに、前記対象物及び構造物のモデルのデータを格納し、
前記計算装置は、前記メモリのモデルのデータをもとに、経路計画時に、前記経路計画機能の前記干渉チェック部の処理を含む処理用の第1のデータを作成して前記メモリに格納する第1のデータ作成部と、GUI画面の表示用の第2のデータを作成して前記メモリに格納する第2のデータ作成部と、を有し、
前記経路計画機能は、前記第1のデータを用いて前記経路計画機能の前記干渉チェック部の処理を含む処理の結果の経路情報を前記メモリに格納し、
前記第2のデータ作成部は、前記第2のデータを用いて前記経路情報を反映した前記GUI画面の表示用の第3のデータを作成して前記メモリに格納し、
前記出力部は、前記メモリの前記第3のデータを出力すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記経路計画機能は、前記構造物内で前記対象物を搬入する搬入装置の3次元のモデルのデータを入力し、前記搬入装置を前記対象物として一体化した計算用モデルを設定し、当該一体化した計算用モデルを用いて前記効率的な経路を計算すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記設定部は、前記条件情報として、搬入経路の搬入終点での対象物の姿勢をユーザ操作により設定し、
前記経路計画機能は、前記搬入経路上で前記搬入終点から搬入始点の方向へ前記対象物の位置を所定長ずつ移動しながら当該位置ごとに姿勢を変化させ、前記対象物とその周囲構造物とが干渉しない対象物の姿勢を含む経路を探索すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記設定部は、前記条件情報として、全体的な搬入経路の搬入始点から搬入終点までの途中に経由する一時的な始点から終点までの部分経路をユーザ操作により設定し、
前記経路計画機能は、前記部分経路を計算範囲として、前記対象物とその周囲構造物とが干渉しない対象物の姿勢を含む効率的な経路を計算すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記計算装置に通信ネットワークを介して接続される設計装置を有し、
前記設計装置は、前記対象物及び構造物を含む3次元の形状のデータを含む設計データを管理し、
前記計算装置の入力部は、前記設計装置から前記設計データを前記入力のデータとして取得すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記計算装置に通信ネットワークを介して接続される空間データ取得装置を有し、
前記空間データ取得装置は、前記構造物内の空間を撮像して3次元の形状の空間データを取得する処理を行い、
前記計算装置の入力部は、前記空間データ取得装置の空間データを前記入力のデータとして取得すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記計算装置に通信ネットワークを介して接続される実オペレーション装置を有し、
前記実オペレーション装置は、前記構造物内で前記対象物を搬入する搬入装置の動作を制御し、
前記計算装置から実オペレーション装置へ、前記効率的な経路に応じた制御情報を送信し、前記実オペレーション装置から搬入装置へ、前記制御情報に応じた動作制御情報を送信し、これにより前記搬入装置により前記効率的な経路上で前記対象物を移動させること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項2記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記GUI表示機能により表示する第1の画面として、
前記構造物に対して対象物を搬出入する効率的な経路の情報として、搬入または搬出の経路における、始点と終点、前記対象物の現在の位置、位置に応じた対象物の姿勢、姿勢を規定する角度、の情報を表示すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項2記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記GUI表示機能により表示する第2の画面として、
前記構造物の2次元の平面の画像と、当該平面に重ねた、前記効率的な経路上に位置する前記対象物の画像と、を含む情報を表示すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項2記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記GUI表示機能により表示する第3の画面として、
前記構造物の3次元の空間の画像と、当該空間に重ねた、前記効率的な経路上に位置する前記対象物の3次元の画像と、を含む情報を表示すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項2記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記GUI表示機能により表示する画面において、
前記経路上の位置における前記対象物とその周囲構造物との干渉状態を示す情報を表示し、
前記干渉状態を示す情報において、横軸、縦軸に、前記対象物の姿勢を規定する2つの角度をとり、当該2つの角度で決まる点に干渉有無を表示すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記経路計画機能は、前記経路上の位置における前記対象物とその周囲構造物との干渉状態として干渉有りの場合、当該位置から対象物を最小量で平行移動することで干渉無しの状態となる位置及び経路を探索し、当該平行移動による干渉無しの経路が見つからない場合は、当該位置から対象物の姿勢を規定する角度を変化させることで干渉無しの状態となる姿勢及び経路を探索すること、を特徴とする搬入経路計画システム。 - 請求項1記載の搬入経路計画システムにおいて、
前記設定部は、前記対象物とその周囲構造物との間に確保する最小余裕距離をユーザ操作により設定し、
前記経路計画機能の干渉チェック部は、前記経路上の位置における前記対象物とその周囲構造物との干渉状態の判定の際、前記対象物とその周囲構造物との間に前記最小余裕距離を確保できる場合は干渉無しと判定し、確保できない場合は干渉有りと判定すること、を特徴とする搬入経路計画システム。
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