JP2021077276A - Movement path generation device - Google Patents

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Abstract

To provide a movement path generation device that is able to efficiently generate an appropriate movement path.SOLUTION: A movement path generation device 1 comprises: a PRM path generation unit 111 that generates a movement path from a start point of an operation of a multi-joint robot 2 to a target point by using a PRM; an RRT path generation unit 112 that, in a case where the movement path is not generated by the PRM path generation unit 111, generates a movement path by using an RPT; and an addition unit 114 that adds the movement path generated by the RRT path generation unit 112 to a map storage unit 121.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、移動経路生成装置に関する。 The present invention relates to a movement route generator.

従来より、多関節ロボット、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等のような移動体は、障害物と干渉しないように、障害物を迂回するように移動経路を設定される必要がある。このような移動体の移動経路を設定するために様々な手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。 Conventionally, a moving body such as an articulated robot or an AGV (Automatic Guided Vehicle) needs to be set to bypass an obstacle so as not to interfere with the obstacle. Various methods have been proposed for setting the movement path of such a moving body (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１８−１６７３６１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-167361

しかし、例えば、移動体が多関節ロボットの場合、到達可能な姿勢が非常に多く存在するため、従来の手法では、移動体の移動経路を効率良く生成できない場合があった。このため、効率良く適切な移動経路を生成できる移動経路生成装置が望まれる。 However, for example, when the moving body is an articulated robot, there are so many reachable postures that the conventional method may not be able to efficiently generate a moving path of the moving body. Therefore, a movement route generator capable of efficiently generating an appropriate movement route is desired.

本開示の一態様に係る移動経路生成装置は、移動体の移動経路を生成するための移動経路生成装置であって、ＰＲＭ（Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ ＲｏａｄＭａｐ）を用いて前記移動体の始点から目標点までの前記移動経路を生成するＰＲＭ経路生成部と、前記ＰＲＭ経路生成部により前記移動経路が生成されなかった場合、ＲＲＴ（Ｒａｐｉｄｌｙ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｒａｎｄｏｍ ｔｒｅｅ）を用いて前記移動経路を生成するＲＲＴ経路生成部と、前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記移動経路をマップ記憶部に追加する追加部と、を備える。 The movement route generation device according to one aspect of the present disclosure is a movement route generation device for generating a movement path of a moving body, and is described above from a start point to a target point of the moving body by using a PRM (Probabilistic RoadMap). A PRM route generation unit that generates a movement route, an RRT route generation unit that generates the movement route using an RRT (Rapidly exploring memory tree) when the movement route is not generated by the PRM route generation unit, and the above. It includes an additional unit that adds the movement route generated by the RRT route generation unit to the map storage unit.

本発明によれば、効率良く適切な移動経路を生成できる。 According to the present invention, an appropriate movement route can be efficiently generated.

移動経路生成装置の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of the movement route generator. 移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation of the movement path by the movement route generation apparatus. 移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation of the movement path by the movement route generation apparatus. 移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation of the movement path by the movement route generation apparatus. 移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation of the movement path by the movement route generation apparatus. 移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation of the movement path by the movement route generation apparatus. 移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation of the movement path by the movement route generation apparatus. 移動経路生成装置の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the movement route generator.

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る移動経路生成装置１の機能を示すブロック図である。図１に示すように、移動経路生成装置１は、移動体としての多関節ロボット２の移動経路を生成する。移動経路生成装置１は、通信インターフェース等により多関節ロボット２と接続される。移動経路生成装置１は、制御部１１と、記憶部１２と、を備える。 Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a function of the movement route generation device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the movement route generation device 1 generates a movement path of the articulated robot 2 as a moving body. The movement route generation device 1 is connected to the articulated robot 2 by a communication interface or the like. The movement route generation device 1 includes a control unit 11 and a storage unit 12.

なお、本実施形態は、移動経路生成装置１は、移動体として多関節ロボット２を用いて説明するが、移動体は、多関節ロボットに限定されず、例えば、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等であってもよい。 In the present embodiment, the movement path generation device 1 will be described using an articulated robot 2 as a moving body, but the moving body is not limited to the articulated robot, and is, for example, an AGV (Automatic Guided Vehicle) or the like. There may be.

制御部１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサであり、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することによってＰＲＭ経路生成部１１１、ＲＲＴ経路生成部１１２、移動経路再編部１１３及び追加部１１４として機能する。 The control unit 11 is a processor such as a CPU (Central Processing Unit), and by executing a program stored in the storage unit 12, the PRM route generation unit 111, the RRT route generation unit 112, the movement route reorganization unit 113, and the additional unit Functions as 114.

記憶部１２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やアプリケーションプログラム等を格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、その他の各種情報を格納するハードディスクドライブやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置である。
記憶部１２は、多関節ロボット２の移動経路及びノードを記憶したデータベースであるマップ記憶部１２１を備える。 The storage unit 12 stores an OS (Operating System), a ROM (Read Only Memory) for storing an application program, a RAM (Random Access Memory), a hard disk drive for storing various other information, an SSD (Solid State Drive), or the like. It is a device.
The storage unit 12 includes a map storage unit 121 which is a database that stores the movement paths and nodes of the articulated robot 2.

ＰＲＭ経路生成部１１１は、ＰＲＭ（Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ ＲｏａｄＭａｐ）を用いて多関節ロボット２の始点から目標点までの移動経路及びノードを生成する。
具体的には、ＰＲＭ経路生成部１１１は、多関節ロボット２の始点から目標点について、障害物と干渉しない多関節ロボット２の姿勢（ノード）をランダムにいくつか生成する。ＰＲＭ経路生成部１１１は、生成したノードをつなぎ合わせた移動経路から、ダイクストラ法等のグラフ探索アルゴリズムを用いて、始点から目標点までの最短の移動経路を生成する。 The PRM route generation unit 111 generates a movement route and a node from the start point to the target point of the articulated robot 2 by using the PRM (Probabilistic RoadMap).
Specifically, the PRM path generation unit 111 randomly generates some postures (nodes) of the articulated robot 2 that do not interfere with obstacles from the start point of the articulated robot 2 to the target point. The PRM route generation unit 111 generates the shortest movement route from the start point to the target point from the movement route connecting the generated nodes by using a graph search algorithm such as Dijkstra's algorithm.

また、ＰＲＭ経路生成部１１１は、マップ記憶部１２１が始点ノードＡ及び目標点ノードＢの移動経路を記憶している場合には、マップ記憶部１２１に記憶された移動経路及びノードに基づいて、ＰＲＭを用いて多関節ロボット２の始点から目標点までの移動経路を生成する。 Further, when the map storage unit 121 stores the movement routes of the start point node A and the target point node B, the PRM route generation unit 111 is based on the movement routes and nodes stored in the map storage unit 121. A movement path from the start point to the target point of the articulated robot 2 is generated by using PRM.

ここで、多関節ロボット２は、到達可能な姿勢（ノード）を非常に多く有するため、ＰＲＭを用いて全てのノードを生成することは不可能である。また、ＰＲＭ経路生成部１１１は、ノードをランダムに生成するため、ノードの配置が不均一になる場合がある。この場合、ノードが生成されない領域や、無駄なノードが生成される領域が存在してしまう。 Here, since the articulated robot 2 has so many reachable postures (nodes), it is impossible to generate all the nodes using PRM. Further, since the PRM route generation unit 111 randomly generates nodes, the arrangement of the nodes may be non-uniform. In this case, there are areas where nodes are not generated and areas where useless nodes are generated.

また、ＰＲＭ経路生成部１１１は、ノード数を増やした場合、ノードが生成されない領域を減らせるが、ノード数に伴いグラフ探索コストが大きくなる。このようにＰＲＭ経路生成部１１１は、始点から目標点までの移動経路の生成に失敗する場合がある。 Further, when the number of nodes is increased, the PRM route generation unit 111 can reduce the area where the nodes are not generated, but the graph search cost increases with the number of nodes. In this way, the PRM route generation unit 111 may fail to generate a movement route from the start point to the target point.

そこで、移動経路生成装置１は、は、ＰＲＭ経路生成部１１１により移動経路が生成されなかった場合、処理をＲＲＴ経路生成部１１２に移す。 Therefore, the movement route generation device 1 shifts the processing to the RRT route generation unit 112 when the movement route is not generated by the PRM route generation unit 111.

ＲＲＴ経路生成部１１２は、ＰＲＭ経路生成部１１１により移動経路が生成されなかった場合、ＲＲＴ（Ｒａｐｉｄｌｙ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｒａｎｄｏｍ ｔｒｅｅ）を用いて移動経路を生成する。 When the movement route is not generated by the PRM route generation unit 111, the RRT route generation unit 112 generates a movement route by using RRT (Rapidly exploring random tree).

具体的には、ＲＲＴ経路生成部１１２は、多関節ロボット２の始点から目標点について、始点を基点として、障害物と干渉しないノードをランダムにいくつか生成する。ＲＲＴ経路生成部１１２は、生成したノードを新たな基点として、ノードをランダムにいくつか生成することを目標点に到達するまで繰り返す。ＲＲＴ経路生成部１１２は、このような処理によって移動経路を生成するため、移動経路を探索する成功率を高くすることができる。 Specifically, the RRT path generation unit 112 randomly generates some nodes that do not interfere with obstacles from the start point of the articulated robot 2 to the target point with the start point as the base point. The RRT path generation unit 112 uses the generated node as a new base point, and randomly generates several nodes, and repeats the process until the target point is reached. Since the RRT route generation unit 112 generates a movement route by such processing, the success rate of searching for the movement route can be increased.

移動経路再編部１１３は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路を再編する。具体的には、移動経路再編部１１３は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成されたノード間で新たな経路を生成可能な場合には、新たな経路を生成することにより移動経路を再編する。 The movement route reorganization unit 113 reorganizes the movement route generated by the RRT route generation unit 112. Specifically, the movement route reorganization unit 113 reorganizes the movement route by generating a new route when a new route can be generated between the nodes generated by the RRT route generation unit 112.

追加部１１４は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する。また、追加部１１４は、移動経路再編部１１３により再編された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する。 The additional unit 114 adds the movement route generated by the RRT route generation unit 112 to the map storage unit 121. Further, the additional unit 114 adds the movement route reorganized by the movement route reorganization unit 113 to the map storage unit 121.

多関節ロボット２は、移動経路生成装置１により生成された移動経路に従い動作する。多関節ロボット２は、動作制御部２１と、可動部２２と、を備える。
動作制御部２１は、多関節ロボット２全体を制御する。動作制御部２１は、ロボットに内蔵してもよく、ロボットから離間した位置に配置されていてもよい。動作制御部２１は、移動経路生成装置１により生成された移動経路に従い可動部２２を制御する。
可動部２２は、多関節ロボット２のアーム及びハンドであり、動作制御部２１の制御に従い動作する。 The articulated robot 2 operates according to the movement path generated by the movement path generation device 1. The articulated robot 2 includes a motion control unit 21 and a movable unit 22.
The motion control unit 21 controls the entire articulated robot 2. The motion control unit 21 may be built in the robot or may be arranged at a position away from the robot. The motion control unit 21 controls the movable unit 22 according to the movement path generated by the movement route generation device 1.
The movable portion 22 is an arm and a hand of the articulated robot 2, and operates under the control of the motion control unit 21.

図２から図７は、移動経路生成装置１による移動経路の生成を示す模式図である。図２及び図３では、移動経路生成装置１は、始点ノードＡから目標点ノードＢへの移動経路を生成する。また、図２から図７において、Ｘ１からＸ５は、障害物を表す。 2 to 7 are schematic views showing the generation of a movement route by the movement route generation device 1. In FIGS. 2 and 3, the movement route generation device 1 generates a movement route from the start point node A to the target point node B. Further, in FIGS. 2 to 7, X1 to X5 represent obstacles.

図２に示すように、処理の開始時には、始点ノードＡ及び目標点ノードＢについて、マップ記憶部１２１に移動経路及びノードのデータがないため、ＰＲＭ経路生成部１１１は、移動経路の生成に失敗する。 As shown in FIG. 2, at the start of the process, the PRM route generation unit 111 fails to generate the movement route because the map storage unit 121 does not have the data of the movement route and the node for the start point node A and the target point node B. To do.

次に、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ＲＲＴを用いて移動経路を生成する。具体的には、図３に示すように、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ノードＰ１及びＰ２を生成し、ノードＡ，Ｐ１，Ｐ２及びＢを含む移動経路を生成する。そして、追加部１１４は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路及びノードをマップ記憶部１２１に追加する。 Next, the RRT route generation unit 112 generates a movement route using the RRT. Specifically, as shown in FIG. 3, the RRT route generation unit 112 generates nodes P1 and P2, and generates a movement route including nodes A, P1, P2 and B. Then, the additional unit 114 adds the movement route and the node generated by the RRT route generation unit 112 to the map storage unit 121.

図４から図６では、始点ノードＡから目標点ノードＣへの移動経路を生成する。
図４に示すように、目標点ノードＣについて、マップ記憶部１２１に記憶されたノード及び移動経路が不十分であるため、ＰＲＭ経路生成部１１１は、移動経路の生成に失敗する。 In FIGS. 4 to 6, a movement route from the start point node A to the target point node C is generated.
As shown in FIG. 4, the PRM route generation unit 111 fails to generate the movement route because the nodes and the movement routes stored in the map storage unit 121 are insufficient for the target point node C.

次に、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ＲＲＴを用いて移動経路を生成する。
具体的には、図５に示すように、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ノードＰ３を生成し、ノードＡ，Ｐ１，Ｐ３及びＣを含む移動経路を生成する。 Next, the RRT route generation unit 112 generates a movement route using the RRT.
Specifically, as shown in FIG. 5, the RRT route generation unit 112 generates the node P3 and generates a movement route including the nodes A, P1, P3 and C.

そして、図６に示すように、移動経路再編部１１３は、ノードＰ２とノードＰ３との間に新たな移動経路を生成可能であるため、ノードＰ２とノードＰ３との間に移動経路を生成する。追加部１１４は、ＲＲＴ経路生成部１１２及び移動経路再編部１１３により生成された移動経路及びノードをマップ記憶部１２１に追加する。 Then, as shown in FIG. 6, since the movement route reorganization unit 113 can generate a new movement route between the node P2 and the node P3, the movement route is generated between the node P2 and the node P3. .. The addition unit 114 adds the movement routes and nodes generated by the RRT route generation unit 112 and the movement route reorganization unit 113 to the map storage unit 121.

次に、図７において、ノードＢからノードＣへの移動経路を生成する場合、マップ記憶部１２１は、ノードＢ及びノードＣの移動経路及びノードのデータが存在する。そのため、ＰＲＭ経路生成部１１１は、マップ記憶部１２１に記憶された移動経路及びノードに基づいて、ノードＢからノードＣへの移動経路を短時間で生成することができる。 Next, in FIG. 7, when the movement route from the node B to the node C is generated, the map storage unit 121 has the movement route of the node B and the node C and the data of the node. Therefore, the PRM route generation unit 111 can generate a movement route from the node B to the node C in a short time based on the movement route and the node stored in the map storage unit 121.

図８は、移動経路生成装置１の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、ＰＲＭ経路生成部１１１は、ＰＲＭを用いて多関節ロボット２の動作の始点から目標点までの移動経路を生成する。 FIG. 8 is a flowchart showing the processing of the movement route generation device 1.
In step S1, the PRM path generation unit 111 uses the PRM to generate a movement path from the start point to the target point of the operation of the articulated robot 2.

ステップＳ２において、ＰＲＭ経路生成部１１１は、移動経路の生成が成功したか否かを判定する。移動経路の生成が成功した場合（ＹＥＳ）には、処理を終了し、移動経路の生成が失敗した場合（ＮＯ）には、ステップＳ３へ移る。 In step S2, the PRM route generation unit 111 determines whether or not the movement route is successfully generated. If the movement route generation is successful (YES), the process ends, and if the movement route generation fails (NO), the process proceeds to step S3.

ステップＳ３において、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ＲＲＴを用いて移動経路を生成する。
ステップＳ４において、ＲＲＴ経路生成部１１２は、移動経路の生成が成功したか否かを判定する。移動経路の生成が成功した場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳ５へ移り、移動経路の生成が失敗した場合（ＮＯ）には、再度ステップＳ４へ戻る。 In step S3, the RRT route generation unit 112 generates a movement route using the RRT.
In step S4, the RRT route generation unit 112 determines whether or not the movement route has been successfully generated. If the movement route generation is successful (YES), the process proceeds to step S5, and if the movement route generation fails (NO), the process returns to step S4 again.

ステップＳ５において、移動経路再編部１１３は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路を再編する。 In step S5, the movement route reorganization unit 113 reorganizes the movement route generated by the RRT route generation unit 112.

ステップＳ６において、追加部１１４は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路及びノード、並びに移動経路再編部１１３により再編された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する。その後、処理は、ステップＳ１へ戻る。 In step S6, the additional unit 114 adds the movement route and node generated by the RRT route generation unit 112 and the movement route reorganized by the movement route reorganization unit 113 to the map storage unit 121. After that, the process returns to step S1.

本開示の一態様によれば、移動経路生成装置１は、ＰＲＭを用いて多関節ロボット２の動作の始点から目標点までの移動経路を生成するＰＲＭ経路生成部１１１と、ＰＲＭ経路生成部１１１により移動経路が生成されなかった場合、ＲＲＴを用いて移動経路を生成するＲＲＴ経路生成部１１２と、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する追加部１１４と、を備える。 According to one aspect of the present disclosure, the movement route generation device 1 uses the PRM to generate a movement route from the start point to the target point of the operation of the articulated robot 2, and the PRM route generation unit 111 and the PRM route generation unit 111. When the movement route is not generated by, the RRT route generation unit 112 that generates the movement route using RRT, and the additional unit 114 that adds the movement route generated by the RRT route generation unit 112 to the map storage unit 121. To be equipped.

これにより、移動経路生成装置１は、マップ記憶部１２１において、移動経路の探索に必要となる移動経路及びノードのみを順次追加する。したがって、移動経路生成装置１は、ＰＲＭによる初期に移動経路を生成するコストを削減し、移動経路の探索成功率を向上させ、移動経路を短時間で作成することができる。 As a result, the movement route generation device 1 sequentially adds only the movement routes and nodes necessary for searching for the movement route in the map storage unit 121. Therefore, the movement route generation device 1 can reduce the cost of generating the movement route at the initial stage by the PRM, improve the search success rate of the movement route, and create the movement route in a short time.

また、移動経路生成装置１は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路を再編する移動経路再編部１１３を更に備え、追加部１１４は、移動経路再編部１１３により再編された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する。これにより、移動経路生成装置１は、適切な移動経路を追加することができる。 Further, the movement route generation device 1 further includes a movement route reorganization unit 113 that reorganizes the movement route generated by the RRT route generation unit 112, and the additional unit 114 maps the movement route reorganized by the movement route reorganization unit 113. It is added to the storage unit 121. As a result, the movement route generation device 1 can add an appropriate movement route.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. In addition, the effects described in the present embodiment merely list the most preferable effects arising from the present invention, and the effects according to the present invention are not limited to those described in the present embodiment.

１ 移動経路生成装置
２ 多関節ロボット
１１ 制御部
１２ 記憶部
２１ 動作制御部
２２ 可動部
１１１ ＰＲＭ生成部
１１２ ＲＲＴ生成部
１１３ 移動経路再編部
１１４ 追加部
１２１ マップ記憶部 1 Articulated robot 11 Control unit 12 Storage unit 21 Motion control unit 22 Movable unit 111 PRM generation unit 112 RRT generation unit 113 Movement route reorganization unit 114 Addition unit 121 Map storage unit

Claims (2)

移動体の移動経路を生成するための移動経路生成装置であって、
ＰＲＭ（Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ ＲｏａｄＭａｐ）を用いて前記移動体の始点から目標点までの前記移動経路を生成するＰＲＭ経路生成部と、
前記ＰＲＭ経路生成部により前記移動経路が生成されなかった場合、ＲＲＴ（Ｒａｐｉｄｌｙ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｒａｎｄｏｍ ｔｒｅｅ）を用いて前記移動経路を生成するＲＲＴ経路生成部と、
前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記移動経路をマップ記憶部に追加する追加部と、
を備える移動経路生成装置。 It is a movement route generator for generating a movement route of a moving body.
A PRM route generator that uses a PRM (Probabilistic RoadMap) to generate the movement route from the start point to the target point of the moving body, and a PRM route generation unit.
When the movement route is not generated by the PRM route generation unit, an RRT route generation unit that generates the movement route using RRT (Rapidly exploring random tree), and an RRT route generation unit.
An additional unit that adds the movement route generated by the RRT route generation unit to the map storage unit, and an additional unit.
A movement route generator comprising. 前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記移動経路を再編する移動経路再編部を更に備え、
前記追加部は、前記移動経路再編部により再編された前記移動経路を前記マップ記憶部に追加する、請求項１に記載の移動経路生成装置。 A movement route reorganization unit for reorganizing the movement route generated by the RRT route generation unit is further provided.
The movement route generation device according to claim 1, wherein the additional unit adds the movement route reorganized by the movement route reorganization unit to the map storage unit.
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