JP2021079482A - 軌道計画生成装置、軌道計画生成方法、および軌道計画生成プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、軌道計画生成例を示す説明図である。軌道計画生成装置100は、ロボットアーム101の連続的な軌道点P1〜Pn(nは1以上の整数)を計画し、ロボットアームの軌道計画データ120を生成する。軌道点P1〜Pnの一連のロボットアーム101の動作軌跡を軌道データTと称す。
図2は、軌道計画生成装置100のハードウェア構成例を示すブロック図である。軌道計画生成装置100は、プロセッサ201と、記憶デバイス202と、入力デバイス203と、出力デバイス204と、通信インターフェース(通信IF)205と、を有する。プロセッサ201、記憶デバイス202、入力デバイス203、出力デバイス204、および通信IF205は、バス206により接続される。プロセッサ201は、軌道計画生成装置100を制御する。記憶デバイス202は、プロセッサ201の作業エリアとなる。また、記憶デバイス202は、各種プログラムやデータを記憶する非一時的なまたは一時的な記録媒体である。記憶デバイス202としては、たとえば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリがある。入力デバイス203は、データを入力するデバイスである。入力デバイス203としては、たとえば、キーボード、マウス、タッチパネル、テンキー、スキャナがある。出力デバイス204は、データを出力するデバイスである。出力デバイス204としては、たとえば、ディスプレイ、プリンタがある。通信IF205は、ネットワークと接続し、データを送受信する。
ここで、記憶デバイス202が記憶するデータを具体的に説明する。記憶デバイス202は、ロボットアーム構成DB211と、障害物構成DB212と、開始関節角度DB213と、目標位置姿勢DB214と、手先位置候補算出方法DB215と、手先姿勢変動候補算出方法DB216と、制御時刻付与方法DB217と、軌道点DB218と、手先探索データ219と、を記憶する。なお、これらは、軌道計画生成装置100がアクセス可能な他のコンピュータの記憶デバイス202に記憶されていてもよい。以下、図3〜図11を用いて説明する。
図12は、軌道計画生成装置100の機能的構成例を示すブロック図である。軌道計画生成装置100は、取得部1201と、探索部1202と、平滑化部1203と、付与部1204と、出力部1205と、を有する。取得部1201、探索部1202、平滑化部1203、付与部1204、および出力部1205は、具体的には、たとえば、記憶デバイス202に記憶されたプログラムをプロセッサ201に実行させることにより実現される機能である。
図13は、軌道計画生成装置100による軌道計画生成処理手順例を示すフローチャートである。取得部1201は、探索部1202、平滑化部1203および付与部1204に必要なデータをと、記憶デバイス202から取得して、探索部1202、平滑化部1203および付与部1204に出力する(ステップS1301)。
図14は、図13に示した探索部1202による探索処理(ステップS1302)の詳細な処理手順例を示すフローチャートである。探索部1202は、取得部1201により開始関節角度501(θ1)を開始関節角度DB213から取得し、取得部1201により目標位置姿勢Pnを目標位置姿勢DB214から取得する。そして、探索部1202は、手先探索データ219の探索点ID1101であるD001を採番して、D001のエントリの関節角度1102に、取得した開始関節角度501(θ1)を格納する(ステップS1401)。
(0,±d,0)T
(0,0,±d)T
図15は、ステップS1406の手先位置候補算出方法701に基づく軌道点候補Pnextの算出例を示す説明図である。図15において、五角形の図形は先端部102を示し、突出した頂点1500は物体103の保持面に対応する。図15では、軌道点P1,P2,P3,P4,P5,P6,…,Piの順に生成され、次の軌道点候補Pnextとして、ステップS1406により、探索点Pi1〜Pi6が生成された状態を示す。探索点Pi1〜Pi6の位置は、上述した位置情報Oi1〜Oi6で規定される。
図16は、ステップS1407の手先位置候補算出方法に基づく軌道点候補Pnextの算出例を示す説明図である。図15と同様、五角形の図形は先端部102を示し、突出した頂点1500は物体103の保持面に対応する。
図17は、図14に示した関節角度算出処理(ステップS1408)の詳細な処理手順例を示すフローチャートである。探索部1202は、ステップS1406またはS1407で得られた軌道点候補分のループ処理を実行する(ステップS1701)。具体的には、たとえば、探索部1202は、軌道点候補Pnextになるような関節角度θnextを逆運動学により算出する(ステップS1702)。つぎに、探索部1202は、軌道点候補Pnextおよび関節角度θnextで特定されるロボットアーム101が、障害物構成DB212の障害物104に干渉するか否かを判断する(ステップS1703)。
図18は、図13に示した平滑化部1203による平滑化処理(ステップS1303)の詳細な処理手順例を示すフローチャートである。平滑化部1203は、軌道データT内の各軌道点P1〜Pnの平滑化が終了するまで、ステップS1802〜S1812のループ処理を実行する。すなわち、ステップS1813では、平滑化されていない軌道点Pがあれば、ステップS1802に戻り、平滑化されていない軌道点Pがなければ、付与処理(ステップS1304)に移行する。
F(1)=θb・・・(13)
F´(0)=θa−θa−1・・・(14)
F´(1)=θb+1‐θb・・・(15)
F´´(0)=F´´(1)=0・・・(16)
図20は、図13に示した付与部1204による付与処理(ステップS1304)の詳細な処理手順例を示すフローチャートである。付与部1204は、平滑化処理(ステップS1303)後の軌道データTを取得する(ステップS2001)。つぎに、付与部1204は、関節情報DB301に記憶されている各関節Jの最大速度317を元に、すべての軌道点P1〜Pnに対して時刻Δtiを付与し、図10のエントリである軌道点データの制御時刻1006に書き込む。この時刻Δtiは、下記式(17)で算出される。
101 ロボットアーム
102 先端部
103 物体
104 障害物
120 軌道計画データ
211 ロボットアーム構成DB
212 障害物構成DB
213 開始関節角度DB
214 目標位置姿勢DB
215 手先位置候補算出方法DB
216 手先姿勢変動候補算出方法DB
217 制御時刻付与方法DB
218 軌道点DB
219 手先探索データ
301 関節情報DB
302 リンク情報DB
1201 取得部
1202 探索部
1203 平滑化部
1204 付与部
1205 出力部
Claims (15)
- プログラムを実行するプロセッサと、前記プログラムを記憶する記憶デバイスと、を有し、複数の関節を有するロボットアームの先端部が始点から終点に移動する軌道計画を生成する軌道計画生成装置であって、
前記プロセッサは、
前記始点から前記終点の間における前記先端部の位置および姿勢を示す第1軌道情報からの所定距離内の前記先端部の移動先となる複数の位置候補を探索する第1探索処理と、
前記始点および前記終点での前記先端部の姿勢に基づく球面補間により許容範囲内で変化する前記先端部の複数の姿勢候補を探索する第2探索処理と、
前記第1探索処理によって探索された複数の位置候補および前記第2探索処理によって探索された複数の姿勢候補に基づいて、前記第1軌道情報からの前記先端部の移動先の位置および姿勢を示す第2軌道情報を決定する決定処理と、
前記第1軌道情報および前記決定処理によって決定された第2軌道情報を含む軌道データを出力する出力処理と、
を実行することを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項1に記載の軌道計画生成装置であって、
前記複数の位置候補の各々について、前記第1軌道情報からの距離に関するコストを算出する算出処理を実行し、
前記決定処理では、前記プロセッサは、前記算出処理によって算出された複数のコストに基づいて、前記第2軌道情報の位置を決定する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項2に記載の軌道計画生成装置であって、
前記決定処理では、前記プロセッサは、前記複数のコストのうち最小コストの算出元となる位置候補を前記第2軌道情報の位置に決定する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項1に記載の軌道計画生成装置であって、
前記複数の姿勢候補の各々について、前記第1軌道情報からの姿勢変化に関するコストを算出する算出処理を実行し、
前記決定処理では、前記プロセッサは、前記算出処理によって算出された複数のコストに基づいて、前記第2軌道情報の姿勢を決定する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項4に記載の軌道計画生成装置であって、
前記決定処理では、前記プロセッサは、前記複数のコストのうち最小コストの算出元となる姿勢候補を前記第2軌道情報の姿勢に決定する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項1に記載の軌道計画生成装置であって、
前記複数の位置候補の各々について、前記複数の関節の回転角を算出する算出処理と、
前記ロボットアームが存在する空間に配置された障害物の構造データに基づいて、前記算出処理による算出結果に基づく前記ロボットアームの複数の姿勢の各々において前記ロボットアームが前記障害物に干渉するか否かを判定する判定処理と、を実行し、
前記決定処理では、前記プロセッサは、前記判定処理による判定結果に基づいて、前記第2軌道情報を決定する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項1に記載の軌道計画生成装置であって、
前記プロセッサは、
前記第1軌道情報と前記第2軌道情報との間の軌道を平滑化する平滑化処理を実行し、
前記出力処理では、前記プロセッサは、前記平滑化処理による平滑化後の軌道データを出力する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項7に記載の軌道計画生成装置であって、
前記平滑化処理では、前記プロセッサは、前記始点以降でかつ前記第1軌道情報より前の第3軌道情報における前記複数の関節の関節角度と、前記第2軌道情報より後でかつ前記終点以前の第4軌道情報における前記複数の関節の関節角度と、の間を結ぶ補間曲線を所定の制約に基づいて生成し、前記補間曲線に近づくように、前記第1軌道情報における前記複数の関節の関節角度と、前記第2軌道情報における前記複数の関節の関節角度と、を更新する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項8に記載の軌道計画生成装置であって、
前記所定の制約は、前記第3軌道情報における前記複数の関節の角速度および前記第4軌道情報における前記複数の関節の角速度の差が許容範囲内である、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項8に記載の軌道計画生成装置であって、
前記所定の制約は、前記第3軌道情報における前記複数の関節の角加速度および前記第4軌道情報における前記複数の関節の角加速度の差が許容範囲内である、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項8に記載の軌道計画生成装置であって、
前記平滑化処理では、前記プロセッサは、前記ロボットアームが存在する空間に配置された障害物の構造データに基づいて、前記第1軌道情報における更新後の前記複数の関節の関節角度と、前記第2軌道情報における更新後の前記複数の関節の関節角度と、による前記ロボットアームの姿勢において、前記ロボットアームが前記障害物に干渉するか否かを判定し、前記ロボットアームが前記障害物に干渉しないと判定された場合に、前記第1軌道情報における更新後の前記複数の関節の関節角度と、前記第2軌道情報における更新後の前記複数の関節の関節角度と、により、前記第1軌道情報および前記第2軌道情報を更新する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項1に記載の軌道計画生成装置であって、
前記プロセッサは、
前記関節の速度制約に基づいて、前記ロボットアームが前記第1軌道情報から前記第2軌道情報への軌道となるように動作する制御時間を付与する付与処理と、
を実行することを特徴とする軌道計画生成装置。 - 請求項12に記載の軌道計画生成装置であって、
前記付与処理では、前記プロセッサは、前記速度制約を充足しない場合、前記第1軌道情報から前記第2軌道情報への軌道に追加時間を付与する、
ことを特徴とする軌道計画生成装置。 - プログラムを実行するプロセッサと、前記プログラムを記憶する記憶デバイスと、を有し、複数の関節を有するロボットアームの先端部が始点から終点に移動する軌道計画を生成する軌道計画生成装置が実行する軌道計画生成方法であって、
前記軌道計画生成方法は、
前記プロセッサが、
前記始点から前記終点の間における前記先端部の位置および姿勢を示す第1軌道情報からの所定距離内の前記先端部の移動先となる複数の位置候補を探索する第1探索処理と、
前記始点および前記終点での前記先端部の姿勢に基づく球面補間により許容範囲内で変化する前記先端部の複数の姿勢候補を探索する第2探索処理と、
前記第1探索処理によって探索された複数の位置候補および前記第2探索処理によって探索された複数の姿勢候補に基づいて、前記第1軌道情報からの前記先端部の移動先の位置および姿勢を示す第2軌道情報を決定する決定処理と、
前記第1軌道情報および前記決定処理によって決定された第2軌道情報を含む軌道データを出力する出力処理と、
を実行することを特徴とする軌道計画生成方法。 - 複数の関節を有するロボットアームの先端部が始点から終点に移動する軌道計画の生成をプロセッサに実行させる軌道計画生成プログラムであって、
前記プロセッサに、
前記始点から前記終点の間における前記先端部の位置および姿勢を示す第1軌道情報からの所定距離内の前記先端部の移動先となる複数の位置候補を探索する第1探索処理と、
前記始点および前記終点での前記先端部の姿勢に基づく球面補間により許容範囲内で変化する前記先端部の複数の姿勢候補を探索する第2探索処理と、
前記第1探索処理によって探索された複数の位置候補および前記第2探索処理によって探索された複数の姿勢候補に基づいて、前記第1軌道情報からの前記先端部の移動先の位置および姿勢を示す第2軌道情報を決定する決定処理と、
前記第1軌道情報および前記決定処理によって決定された第2軌道情報を含む軌道データを出力する出力処理と、
を実行させることを特徴とする軌道計画生成プログラム。
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