JP2984218B2 - 複数台ロボットの作業計画方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数台の産業用ロ
ボットを用いてワークに対して効率的に作業を行うため
の作業順序を、容易に決定することができる複数台ロボ
ットの作業計画方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、工場などにおける各種作業、
たとえばスポット溶接、組み立てなどのハンドリング、
塗装、切断等に、産業用ロボットが使用されている。自
動車工場等のスポット溶接ラインでは、生産能力向上の
ために１工程に複数台のロボットが配置され、ロボット
同士は重なった動作範囲内で同時に作業を行う場合が多
い。このような場合、動作中のロボットが同時期に作業
する位置が重なり、アームやツールが衝突をおこすロボ
ット間の干渉を考慮する必要がある。ロボット間で干渉
が生じると、予め定める優先順位に従って、優先順位の
低いロボットは干渉回避のための待機を行い、ロボット
の作業に要するサイクルタイムが長くなってしまう。複
数台のロボットのサイクルタイムに大きな差があると、
その工程に要する作業時間が、サイクルタイムの最長の
ロボットに合わせて決定されてしまい、サイクルタイム
の短いロボットに遊びが生じてしまう。ロボットの台
数、サイクルタイム、必要な作業数や作業スペースなど
の仕様を満たしながら、各ロボットの作業順序を決定す
ることは、複雑かつ多大な労力を有する。このため、作
業順序の決定は、熟練者特有の経験の頼って行うことが
多く、ラインの仕様や製品の変更に対して作業順序を改
定することも容易ではない。

【０００３】特開平２−２７３８０７には、複数ロボッ
トの教示データ作成方法として、複数のロボットの各作
業領域を所定の小領域に分割し、各作業順序についてシ
ミュレーションを行い、各ロボットが相互に干渉しない
作業順序を選出する先行技術が開示されている。この先
行技術では、各小領域の作業位置データと各ロボットの
形状データおよび運動性能データとに基づいて、小領域
の作業順序を変えながら、各作業順序についてシミュレ
ーションを行う。シミュレーションから得られる各ロボ
ットの作業状況データのうち、各ロボットが相互に干渉
しない作業順序を選出することによって教示用データが
得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】複数ロボットの作業計
画を行う際に、各ロボットと各作業との組合わせについ
て全て計算し、サイクルタイムが短く干渉を生じない組
合わせを選択する方法も考えられる。たとえばロボット
台数をｒ、作業数をｎ、作業ｊから作業ｋへの移動時間
をＣｊｋ、作業ｊの作業時間をＷｊとすると、作業計画
の最適化問題は次の第１式のように定式化することがで
きる。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここでＸｉｊｋは、０か１の値をとる変数
であり、次の第２式および第３式の関係がある。

【０００７】

【数２】

【０００８】このときの作業計画の全組合わせ数は、次
の第４式のようになる。

【０００９】

【数３】

【００１０】スポット溶接ラインの増打工程として、標
準的なロボット３台、溶接打点９０点、という場合を想
定し、組合わせ数を第４式によって求めると、約１０
¹⁴² となり、計算不可能な程度な膨大な組合わせ数とな
る。さらにロボットの干渉も考慮しなければならないの
で、現実に解を得ることは不可能である。

【００１１】特開平２−２７３８０７の先行技術では、
作業を小領域にグループ化し、解の探索範囲を縮小し、
探索の効率化を図ることができるけれども、グループ化
は、熟練した作業者がワークなどの形状データや経験に
基づいて行い、分割した小領域の全ての組合わせを調べ
て干渉しない作業順次を選出するので、小領域の数は５
程度が限界となる。また干渉しない作業順序を選出する
ことが目的であるので、干渉の発生頻度が高い作業計画
の場合には適していない。干渉の発生頻度を抑えるため
には、ロボットの作業領域の重複の程度を小さくしなけ
ればならず、ロボットを密に配置させて生産効率を向上
させることが困難となる。さらに、分割された全ての小
領域とロボットとの組合わせ毎にシミュレーションを行
うために、作業計画に必要な時間が長くなる。

【００１２】本発明の目的は、作業のグループ化の作業
計画の立案を自動的かつ現実的時間内で行うことができ
る複数台ロボットの作業計画方法を提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、作業領域の少
なくとも一部が重なるように配置される複数台ロボット
の作業計画方法において、複数台のロボットにおいて行
われるべき複数の作業を、ロボットの可動範囲と作業可
能ガンによる制約条件に基づき、ロボットの台数以上の
数のグループに分割するグループ化段階と、グループと
ロボットとの可能な組合わせに対し、他の組合わせとの
間でロボットの作業が干渉するか否かを判断する調査を
行う干渉調査段階と、各ロボットに対するグループの配
分と、各ロボットにおける配分されるグループの作業の
順序と、各グループ内の作業を行う方向と、ロボット間
での干渉を生じる場合に優先して作業を行う優先順位と
を示す解として、近似的に初期可能解を決定する初期可
能解決定段階と、解について、各ロボットへのグループ
の配分、グループ間の作業順序、各グループ内での方向
およびロボットの優先順位を変更して解の内容を変更す
る解変更段階と、初期可能解決定段階で決定される解ま
たは解変更段階で変更される解について、干渉調査段階
の調査結果に従い、干渉が生じるときには回避に要する
作業を含めて、ロボットの作業について評価値を算出す
る評価値算出段階と、初期可能解決定段階で決定される
初期可能解について評価値算出段階で評価値を算出し、
解変更段階での解の変更と評価値算出段階での解の評価
とを繰返し、評価値が最良となる解を探索する最良解探
索段階とを含み、最良解探索段階では、評価値決定段階
ですでに得られている評価値よりも劣る評価値しか得ら
れない解についても、一定の確率で採用するような最適
化手法を用いることを特徴とする複数台ロボットの作業
計画方法である。本発明に従えば、グループ段階で複数
台のロボットによって行われるべき複数の作業を、ロボ
ットの可動範囲や作業可能ガンによる制約条件に基づい
てロボットの台数以上の数のグループに分割し、ロボッ
トに対するグループの配分と、各ロボットにおけるグル
ープの作業順序と、グループ内の作業の方向と、ロボッ
ト間で干渉を生じる場合に優先して作業を行う優先順位
とを示す解について、初期可能解設定段階で設定される
初期可能解に基づいて最良解探索段階で最良解を探索
し、作業に必要な時間の評価値が最小となる作業計画を
行うことができる。作業をグループ化するので、解の探
索範囲を縮小して、探索の効率化を図ることができる。
解を評価する評価値算出段階では、グループ間の干渉を
考慮して評価を行うので、最良解探索段階では、干渉の
有無のシミュレータによる検証が不要であり、作業計画
立案に要する作業時間の軽減を図ることができる。

【００１４】また、最良解探索段階では、たとえばシミ
ュレーティドアニーリング法などを最適化手法として用
い、評価値が必ずしもよくない解も一定の確率で採用
し、解の探索が局所解に落ちることを防止することがで
きる。

【００１５】また本発明の前記初期可能解決定段階で
は、巡回セールスマン問題についての近似解法を用いる
ことを特徴とする。本発明に従えば、初期可能解決定段
階で、たとえばニアレストネイバー法などの巡回セール
スマン問題についての近似解法を用いて、最良解が得ら
れやすい初期可能解を得ることができる。

【００１６】また本発明は、前記グループ化段階で分割
される各グループに対し、干渉回避のための作業位置の
追加が必要か否かを判断し、必要な場合にはグループの
両端に新たな作業位置を回避点として加え、回避が必要
であってもすでに存在するグループの両端の作業点での
回避が可能な場合には両端の作業位置を回避点として設
定することを特徴とする。本発明に従えば各グループに
は、干渉回避が必要な場合に、各グループの両端に回避
点が設定されるので、干渉が生じる際の評価を容易に行
うことができる。

【００１７】また本発明は、前記初期可能解決定段階で
は、各ロボットに、初期値が０である作業時間を設定し
ておき、各ロボットの初期位置からグループの回避点へ
の移動時間をロボットの運動性能データから算出し、移
動時間が最短となるグループを各ロボットに配分して、
グループ内の作業時間と算出される移動時間とをロボッ
トの作業時間に加えるグループの選択と、作業時間の小
さいロボットについて順次グループの選択を行うロボッ
トの選択とを繰返して、全グループをロボットに配分す
ることを特徴とする。本発明に従えば、初期可能解決定
段階で、各ロボットに初期値が０である作業時間を設定
し、各ロボットに対するグループの選択と、時間時刻が
小さいロボットの選択とを繰返して行うことによって、
ロボット間での作業時間の偏りが小さな初期可能解を決
定することができる。

【００１８】また本発明の前記グループ化段階では、各
ロボットの可動範囲および作業用ツールの種類に従って
作業のグループへの分割を行う作業分割段階と、ワーク
および使用する治工具についての空間情報を入力する情
報入力段階と、作業分割段階で分割される各グループ内
で、ツールが作業位置間を移動する間にワークまたは治
工具と干渉するか否かを、情報入力段階で入力される空
間情報に従って判断し、ワークまたは治工具と干渉する
と判断される場合は、通過の前後の作業でグループを分
割するグループ分割段階とを含むことを特徴とする。本
発明に従えば、グループ化段階で、作業分割段階でロボ
ットの可動範囲および作業用ツールの種類に従って作業
をグループへ分割し、情報入力段階で入力される空間情
報に従ってグループ内での作業位置間のツールの移動が
ワークまたは治工具と干渉すると判断されるときには、
グループが分割されるので、グループ内では作業位置間
の移動の際に干渉が生じないグループを容易に決定する
ことができる。

【００１９】また本発明は、前記作業分割段階によって
分割されるグループに対して、ロボット先端のツール方
向ベクトル間の角度の差異によるグループ化と、ツール
挿入方向ベクトル間の角度の差異によるグループ化と、
グループに含まれる作業について、巡回路生成の近似ア
ルゴリズムを用いる順序決定と、作業位置間の移動距離
によるグループ化とを処理として施すことを特徴とす
る。本発明に従えば、グループ化段階で分割されるグル
ープは、ロボット先端のツール方向ベクトル間の角度の
差異、ツール挿入方向ベクトル間の角度の差異、グルー
プに含まれる作業について、巡回度生成の近似アルゴリ
ズムを用いる順序、および作業位置間の移動距離が長く
なるか否かによってグループ化されるので、グループ内
での作業を効率的に行うことができ、グループに対して
解を得ることができれば、全体として効率的な作業計画
を行うことができる。

【００２０】また本発明の前記情報入力段階では、Ｂ−
ｒｅｐ表現によるワークおよび治工具の空間情報を入力
することを特徴とする。本発明に従えば、ワークおよび
治工具の空間情報が、Ｂ−ｒｅｐ表現によってリストと
して入力されるので、凹凸を含む立体の空間情報を解か
りやすくかつ効率的に入力することができる。

【００２１】また本発明で前記干渉するか否かの判断
は、対象物の各座標軸平面への写像に対して、ツールの
移動開始点から写像上の各点へのベクトルとツールの移
動ベクトルとの外積を計算し、外積の符号が異なるベク
トルが存在するときに干渉すると判断することを特徴と
する。本発明に従えば、ツールの移動の際に干渉するか
否かの判断を、対象物の各座標軸平面への写像に対し
て、ツールの移動の開始点から写像上の各点へのベクト
ルとツールの移動ベクトルとの外積を計算して行う。外
積の符号が同一である写像は、移動ベクトルの写像に対
して一方側にあり、外積の符号が異なるベクトルは移動
ベクトルに対して他方側にあるので、符号の異なるベク
トルが存在するときには、移動と対象物とが干渉を生じ
ると判断することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態に
よる複数台ロボットの作業計画方法の対象となるロボッ
トおよびワークの配置を示す。ロボット１，２，３（以
下、「Ｒ１」，「Ｒ２」，「Ｒ３」と略記することもあ
る）は、ツールとしてスポット溶接ガン４，５，６をそ
れぞれ有し、制御装置１０によって総括的に制御され
る。各ロボット１，２，３は、ワークである自動車車体
１１，１２について、図２に示すような複数の打点２０
でスポット溶接を行う。

【００２３】ロボット１，２，３は、たとえば多軸形の
産業用ロボットであり、ツールであるスポット溶接ガン
４，５，６の先端の位置は、各軸の角度に基づいて算出
される。打点２０の位置は、予め教示作業によって、ロ
ボットの各軸値として表され、ロボット作業姿勢はロボ
ットシミュレータあるいは手入力のファイルとして得ら
れる。ロボットの作業範囲、スポット溶接ガン４，５，
６の種類などのデータも、ファイルとして得られる。制
御装置１０へは、外部の計算機で行われる作業計画の結
果が転送される。作業計画では、打点２０に関するファ
イルと、ロボットに関するファイルとに基づき、連続作
業が適していると思われる作業位置を１つのグループと
してまとめる。打点２０をグループ化することによっ
て、作業計画における解探索範囲の減少を図ることがで
きる。打点２０のグループ化は、作業者が手入力でファ
イルを編集することによっても可能であるけれども、本
実施形態では、以下に示すような手法で自動的にグルー
プ化を行う。

【００２４】図１および図２に示すようなスポット溶接
ロボット１，２，３が３台、１４グループで９０個所の
打点２０を対象とする場合についてを例として説明す
る。ロボットシミュレータからは、作業位置データファ
イルが各ロボットについて用意される。ファイル内容
は、各作業位置についてのｘ，ｙ，ｚ座標、各作業位置
ｘ，ｙ，ｚに対応する各ロボットの各軸値を含む。各ロ
ボット１，２についての運動性能データ、溶接ガン種、
ロボットの初期優先順位が予め設定され、作業ロボット
データファイルとして用意される。

【００２５】次の表１は、各ロボットの可動範囲や作業
可能ガンによる制約条件の例を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】ここで各ロボット１，２，３はＲ１，Ｒ
２，Ｒ３としてそれぞれ示し、１〜１４は打点２０のグ
ループを示し、各ロボットが各グループに対して制約条
件に違反している組合わせてに対して論理値「１」を与
え、制約条件を満たす組合わせに対しては、論理値
「０」を与える。表１の制約条件に従って打点２０をグ
ループ２１，２２などに分割してグループ化した状態を
図３に示す。さらにロボット先端のツールであるスポッ
ト溶接ガン４，５，６のツール方向および挿入ベクトル
の差異によってグルーピングを行うと、そのグルーピン
グの結果は図４に示すようになる。図３に示すグループ
２１がグループ３１，３２に分割される。図４に示すグ
ループに対し、巡回路生成の近似アルゴリズムを適用
し、グループ内でのスポット溶接の順序を決定する。決
定したグループ内の順序に従って、打点２０間の移動を
行う際の移動距離が一定値以上となる移動があれば、そ
の前後でグループを分割する。このようにして、図３お
よび図４のグループ２２は、グループ３３，グループ３
４に分割される。次に車体および治工具のＢ−ｒｅｐ表
現を入力する。多点間の移動によって、車体と干渉する
場合、あるいは治工具と干渉する場合にはグループを分
割する。全ての打点間の移動について干渉をチェックし
た後の結果を、図６に示し、各グループＧ１〜Ｇ１４の
両端に回避点を設定し、回避点におけるツールの作業姿
勢、グループ内作業時間を決定し、グループファイルに
出力する。

【００２８】次に、各ロボット１，２，３が各グループ
Ｇ１〜Ｇ１４を作業するための制約条件を満たす候補に
対して、グループ間干渉判定を行う。判定結果は次の表
２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】図７は、本実施形態による複数台ロボット
の作業計画方法の全体の動作の流れを示す。ステップａ
１から動作を開始し、ステップａ２では前述のグルーピ
ングの処理を行う。この処理の際には、各打点２０につ
いての打点情報が各軸値として表されるロボットシミュ
レータデータ４１、各ロボットの運転性能データ、優先
順位、各軸値として表される初期値を含むロボットデー
タ４２が用いられる。グルーピングの結果は、作業時間
および開始点の各軸値を含むグループデータ４３として
出力される。次にステップａ３で初期値生成を行う。初
期値生成には、ロボットデータ４２とグループデータ４
３とが用いられる。初期値生成結果は、ロボットに対す
るグループの配分、グループ内での作業の順序およびグ
ループ内の作業方向である結合を表す初期値結果４４と
して出力される。次にステップａ４では、解改善とし
て、ロボットデータ４２、グループデータ４３、シミュ
レーテッドアニーリング（以下「ＳＡ」と略称する）等
を実施するためのパラメータであるＳＡパラメータ４５
と、グループデータ４３とに基づき干渉を考慮したサイ
クルタイムを算出し、最良の解を探索する。ロボットに
対するグループの配分、グループの作業順序、ロボット
の優先順位およびグループ内での作業の順序である結合
などについての解改善結果４６がファイルとして出力さ
れ、ステップａ５で動作を終了する。

【００３１】ステップａ３の初期値生成処理では、前述
のように、グルーピングの結果であるグループデータ４
３と、ロボットデータ４２とが読込まれる。各ロボット
１，２，３には予め一意に番号が付けられている。ここ
で各ロボット１，２，３について作業時間を決定し、初
期値を０とする。作業時間の最も小さいロボット１，
２，３が選択され、複数のロボット１，２，３について
作業時間が同一の場合は、番号が若いロボット１，２，
３が選択される。選択されたロボット１，２，３につい
て、現在値から割当てられていない全てのグループＧ１
〜Ｇ１４の開始点への移動時間を計算し、その中から最
も短い移動時間のグループを次の作業グループとして配
分する。

【００３２】たとえばロボット１が選択されてグループ
Ｇ３の作業を次に行うと決定する場合は、Ｒ１：Ｇ３と
標記する。ロボット１にはＧ３のグループの開始点への
移動時間と、グループ内の作業時間との和が作業時間に
加えられる。同様に、現在の作業時間の最も小さいロボ
ット１，２，３が選択され、開始点への移動時間が最も
短くなるグループＧ１〜Ｇ１４が次の作業のグループと
して選ばれる。このような選択の繰返しによって、全て
のグループＧ１〜Ｇ１４がロボット１，２，３に割当て
られると、次の表３に示すような最終結果が、初期可能
解として得られる。初期優先順位はＲ１が最も高く、次
にＲ２であり、Ｒ３が最も低い。（）内はグループ内の
作業の向きを示し、「順」または「逆」として予め設定
される。表３に示すような初期可能解は、各ロボットの
作業配分を示す初期配分ファイル、各ロボットの作業順
序を示す初期順序ファイルおよび各グループ内の作業の
向きを示す初期結合ファイルとして出力される。

【００３３】

【表３】

【００３４】図７のステップａ４の解改善処理では、干
渉を考慮したサイクルタイムを評価値として解を改善す
る。解改善にはＳＡ法を用い、ＳＡパラメータ４５とし
て、初期温度、温度減少率、ループ／ステージ、全ルー
プ回数を設定したファイルが用意される。ＳＡ法では、
局所解に落ちることを防ぐために、既に評価されている
サイクルタイムよりもサイクルタイムが長くなる解を採
用する度合いを「温度」として表す。グループ間の干渉
の有無を表すファイルは、前述の表２のように用意され
ている。まず初期値結果４４が読込まれ、初期値の評価
値が計算される。計算方法は、予め表３に示すように、
ロボット１，２，３に初期優先順位を付けておき、最も
高い優先順位のロボットは他のロボットから影響を与え
られることなく作業を行う。次に優先順位の高いロボッ
トは、最も優先順位の高いロボットが作業に対して干渉
を起こすか否かを干渉テーブルに従って調査され、干渉
が生じる場合にはその作業を後へ延期する。このような
処理を干渉が生じなくなるまで繰返し、全てのロボット
に対して実行する。優先順位の最も低いロボットは全て
のロボットに対して干渉の有無を調べることになる。こ
れによって各ロボットのサイクルタイムを得ることがで
き、各ロボットのうちで最も長いサイクルタイムがその
解の評価値となる。

【００３５】初期値は、現在の解として必ず採用される
ので、初期値に対する評価値を記憶する。次に変更処理
として、乱数値を発生し、配分変更、順序変更、結合変
更または優先順位変更のいずれかを選択する。配分変更
では、あるロボットに配分されているグループの処理を
別のロボットに変更する。他のロボットへ処理可能なグ
ループのうちから、ランダムにグループを選んで、選ば
れたグループが属するロボットの配分および順序からそ
のグループを消去する。そのグループを処理可能なロボ
ットを、乱数値に従って決定し、決定されたロボットの
配分および順序に選ばれたグループを追加する。選ばれ
たグループは決定されたロボットに配分されているグル
ープの順序の最後に追加する。次の表４は、初期状態で
ロボットＲ１に属しているグループＧ２を、ロボットＲ
２に配分変更した状態を示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】順序変更では、あるロボットに配分されて
いるグループ間の作業順序を変更する。変更するロボッ
トは乱数値によって選ぶ。順序変更は、隣合うグループ
の順序を逆順位に変更する方法と、無作為にグループを
交換するなどの方法がある。この順序変更では、グルー
プ間の順序のみを変更しているので、変更された作業順
序を記憶する。たとえば初期状態からロボットＲ１のグ
ループＧ３，Ｇ７を順序変更すると、表５に示すように
なる。

【００３８】

【表５】

【００３９】結合変更では、グループ内の作業方向を変
更する。乱数値に従って変更するグループを１あるいは
２に決定する。決定したグループ内の作業方向を、現在
の逆向きに変更し、その状態を記憶する。たとえば初期
状態からロボットＲ３のグループＧ１０，Ｇ１４を結合
変更すれば、次の表６に示すようになる。

【００４０】

【表６】

【００４１】優先順位変更では、ロボットの優先順位を
変更する。乱数によって順列を作成し、作成された順列
に従う順序を新しい優先順位とする。決定した優先順位
が記憶される。たとえばＲ３，Ｒ１，Ｒ２の順序に優先
順位を変更すると、次の表７に示すようになる。

【００４２】

【表７】

【００４３】解改善では、いずれかの変更処理を行って
得られる解を用いて評価値の計算を行う。現在の解より
も変更した解の方がサイクルタイムによって表される評
価値が小さければ、変更した解を現在の解とする。この
とき今までの評価値の中で最も小さな評価値である場合
は、最良解として記憶する。評価値が大きくても、後述
するＳＡ法に従って変更した解を現在の解とするか否か
を決定する。このような変更処理をＳＡパラメータ４５
に含まれるループ回数だけ繰返す。またループ数／ステ
ージ毎に温度に減少率のパラメータを乗算し、温度を変
更する。全ループ回数繰返した後の最良解が、たとえば
表８に示すような最終結果として得られる。

【００４４】

【表８】

【００４５】図８は、図７のステップａ２におけるグル
ーピングの段階で、治具や車体との干渉チェックによる
グループの分割の動作を示す。ステップｂ１から動作を
開始し、ステップｂ２では各ロボットの打点可能である
可動範囲と溶接ガン種等によってグループ化を行う。次
にステップｂ３で車体および治具のＢ−ｒｅｐ表現を入
力する。次にステップｂ４で、各グループ内の打点間を
溶接ガンが移動する際に、治具を通過する打点グループ
があるか否かを判断する。治具を通過する打点グループ
がある場合は、ステップｂ５で、治具を通過する打点間
でグループを分割する。ステップｂ４で打点間移動の際
に治具を追加する打点グループがないと判断されるとき
は、ステップｂ６で打点間移動で車体を追加する打点グ
ループがないか否かを判断する。車体を通過する打点グ
ループがある場合は、ステップｂ７で車体を通過する打
点間で打点グループを分割する。ステップｂ６で打点間
移動が車体を通過する打点グループがないと判断される
ときは、ステップｂ８で動作を終了する。

【００４６】図９は、２台のロボット１，２についてグ
ループ間での干渉の有無を判定する動作を示す。ステッ
プｃ１から動作を開始し、ステップｃ２ではロボットと
打点グループ間の割当てで、まだ干渉判定を試みていな
い割当てがあるか否かを判断する。判定を試みていない
割当てがあると判断されるときは、ステップｃ３で、ま
だ干渉判定を試みていないロボット・打点グループ間割
当ての１つを選択する。次にステップｃ４でロボット２
に対して割当てられた打点グループに、干渉判定を試み
ていない打点の組があるか否かを判断する。打点の組が
ある場合は、ステップｃ５で、ロボット２に割当てられ
た打点グループから、まだ干渉判定を試みていない打点
の組ｓ，ｔを選択する。次にステップｃ６で、打点ｓ，
ｔ間に線分ｓ，ｔを引く。ステップｃ７で打点ｓ，ｔと
ロボット２の据付け位置間に線分ｒｓ，ｒｔを引く。ス
テップｃ８では、線分ｓｔ，ｒｓ，ｒｔによって生じる
三角形の面をａとする。

【００４７】ステップｃ９では、ロボット１に割当てら
れる打点グループに、面ａに対してまだ干渉判定を行っ
ていない打点があるか否かを判断する。打点がある場合
は、ステップｃ１０で、ロボット１に割当てられた打点
グループから、まだ面ａに対して干渉判定を試みていな
い打点ｕを選択する。次にステップｃ１１で、打点ｕと
ロボット１の据付け位置間に線分ｒｕを引く。次のステ
ップｃ１４では、線分ｒｕと面ａとの間での干渉判定を
行う。ステップｃ１３では線分ｒｕと面ａとが干渉する
か否かを決定する。干渉する場合は、ステップｃ１４で
現在のロボット１・２に対する打点グループ割当ては、
ロボット間の干渉を伴うものであると判断し、ステップ
ｃ２に戻る。ステップｃ２で、ロボット・打点グループ
間の割当てでまだ干渉判定を試みていない割当てがない
と判断されるときには、ステップｃ１５で動作を終了す
る。ステップｃ４で、ロボット２に割当てられた打点グ
ループに、干渉判定を試みていない打点の組がないと判
断されるときには、ステップｃ２に戻る。ステップｃ９
で、ロボット１に割当てられた打点グループに、面ａに
対してまだ干渉判定を行っていない打点がないと判断さ
れるときは、ステップｃ４に戻る。ステップｃ１３で、
線分ｒｕと面ａとが干渉しない判断されるときには、ス
テップｃ９に戻る。

【００４８】図１０は、図９の動作に対応するロボット
と打点グループとの関係を示す。斜線を施して示す面ａ
は、ロボット２の据え付け位置ｒと打点グループ２内の
打点ｓおよびｔとの間で形成される三角形の面である。
これに対して打点グループ１の打点ｕとロボット１の据
え付け位置との間の線分ｒｕが干渉を生じるか否かが判
定される。

【００４９】図１１は、図７のステップａ３に示す初期
値生成処理の動作をさらに詳細に示す。ステップｄ１か
ら初期値生成を開始し、ステップｄ２では各ロボットの
現在位置をロボット初期位置とする。ステップｄ３では
各ロボットの現作業時間を０に設定する。ステップｄ４
では、全グループについて各ロボットへの配分が終了し
たか否かを判断する。配分が終了していないと判断され
るときはステップｄ５で、各ロボットの中で全作業時間
の早いロボットを選択する。ステップｄ６では、選択さ
れたロボットについて制約条件を満たすグループが存在
するか否かを判断する。存在していないと判断されると
きにはステップｄ７で次のロボットを選択し、ステップ
ｄ６に戻る。ステップｄ６で制約条件を満たすグループ
が存在すると判断されるときには、ステップｄ８で選択
されたロボットについて現位置から最も移動時間の短い
グループを選択する。ステップｄ９では、選択されたグ
ループの打点のうち、ロボットと反対側に存在する打点
をロボットの現位置に変更する。ステップｄ１０では、
ロボットの現作業時間に、グループ内の打点に対する作
業時間と移動時間とを加える。ステップｄ１０が終了す
るとステップｄ４に戻る。ステップｄ４で全グループに
ついての配分が終了すると判断されるときには、ステッ
プｄ１１で初期値結果４４をファイルとして出力し、ス
テップｄ１２で初期値生成の動作を終了する。

【００５０】図１２は、図７のステップａの解改善処理
の動作をさらに詳細に示す。ステップｅ１から動作を開
始し、ステップｅ２では解改善動作のための初期化を行
う。次にステップｅ３でＳＡ処理を実行し、変更された
解をステップｅ４で評価し、採用するか否かを判断す
る。採用する場合はステップｅ５でデータベースとして
登録し、採用しないときにはステップｅ６で前データを
データベースに再設定する。ステップｅ５またはステッ
プｅ６が終了すると、ステップｅ７で終了条件であるル
ープ回数が満たされるか否かを判断する。終了条件が満
たされないと判断されるときには、ステップｅ８で乱数
Ｘを生成する。ステップｅ９では、生成された乱数によ
ってグループの順序変更、ロボットに対するグループの
配分変更、グループ内での作業順序である結合変更、ロ
ボット間の優先順位変更を決定し、ステップｅ３のＳＡ
実行を繰返す。ステップｅ７で終了条件が満たされると
判断されるときには、データベースを参照して、評価値
が最も良好な最良解を出力し、ステップｅ１１で動作を
終了する。

【００５１】図１３は、図１２のステップｅ３における
ＳＡ実行のためのサブルーチンの動作を示す。ステップ
ｆ１から動作を開始し、ステップｆ２では必要な初期化
を行い、ステップｆ３で干渉を考慮したサイクルタイム
計算を行う。ステップｆ４では、計算によって得られる
現サイクルタイムがデータベースに登録されている前サ
イクルタイムよりも小さいか否かを判断する。小さくな
いと判断されるときには、ステップｆ５で次の第５式に
示すような数値を計算し、その計算値が乱数値よりも大
きいか否かを判断する。

【００５２】 ｅｘｐ（−（ｆ（ｘ′）−ｆ（ｘ））／Ｔｋ） …（５） ステップｆ４で現サイクルタイムが前サイクルタイムよ
りも小さくなると判断されるときは、新たな解を採用
し、ステップｆ５で第５式によって表される値が乱数値
よりも大きいと判断されるときにも現在の解を採用し、
ステップｆ６で前サイクルタイムであるｆ（ｘ）に現サ
イクルタイムであるｆ（ｘ′）を代入する。ステップｆ
３で第５式の値が乱数値よりも小さいと判断されるとき
には、不採用であり、ステップｆ６の終了とともに、ス
テップｆ７に移る。ステップｆ７では、図１２のループ
回数がステージの整数倍に達しているか否かを判断す
る。達していると判断される場合は、ステップｆ８で温
度Ｔｋを温度減少率ｍ倍する。ここで０＜ｍ＜１であ
る。ステップｆ８の動作が終了したとき、またはステッ
プｆ７でループ回数がステージの整数倍ではないと判断
されるときには、ステップｆ９でサブルーチンを終了
し、図１２のステップｅ３に戻る。

【００５３】図１４は、ＳＡ法と一般的な近似アルゴリ
ズムである局所探索法との比較結果を示す。図１４
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、初期可能解として４２．８
２秒、５２．５５秒、４０．６５秒のサイクルタイムが
得られる解をそれぞれ設定した場合のＳＡ法に従う解改
善の過程を示す。図１４（ｄ）は、図１４（ａ），
（ｂ），（ｃ）とそれぞれ同一の初期解に基づく局所探
索法による解改善の過程を示す。ＳＡ法によれば、図１
４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、初期解にあま
り依存せずに、全体的に良好な解を得ることができる。
たとえば図１４（ａ）に示すように、サイクルタイム４
２．２５秒の初期解から、約１０秒程度の改善がなさ
れ、３１．８３秒の最終結果を得ることができる。一
方、図１４（ｄ）に示す局所探索法では、一旦、解が安
定するとシミュレーションを繰返しても解の改善が困難
であることが判る。

【００５４】図１５は、本実施形態によって決定される
作業計画を（ａ）で示し、熟練者によって決定される作
業計画を（ｂ）で、それぞれガントチャートとして示
す。各グループ間の空白部分は干渉の回避状態を示し、
斜線を施して示す部分は移動時間を示す。ＳＡ法を採用
した本実施形態では、熟練者によって決定される作業計
画より約１秒程度サイクルタイムが短縮される結果が得
られている。

【００５５】図１６は、図８のステップｂ４あるいはス
テップｂ６における、斜線間移動のベクトルが治具や車
体などの構造物を通過するか否かを判定する方法を示
す。ステップｇ１から動作を開始し、ステップｇ２では
構造物のｘｙ平面に平行な面ｆを選択する。ステップｇ
３では面ｆをｘｙ平行に写像する。ステップｇ４では、
移動開始に打点Ｓと目的打点Ｄとをｘｙ面に写像する。
ステップｇ５では、打点Ｓの写像点から打点Ｄの写像点
へのベクトルが、面Ｆと干渉するか否かを判断する。干
渉するときには、ステップｇ６で、面ｆをｘｚ平行に写
像する。ステップｇ７では、移動開始打点Ｓと目的打点
Ｄとをｘｚ面に写像する。ステップｇ８で、打点Ｓの写
像点から打点Ｄの写像点へのベクトルが面ｙと干渉する
か否かを判断する。干渉すると判断されるときには、ス
テップｇ９に移り、面ｆをｙｚ平面に写像する。ステッ
プｇ１０では、移動開始打点Ｓと目的打点Ｄとをｙｚ面
に写像する。ステップｇ１１では、打点Ｓの写像点から
打点Ｄの写像点へのベクトルが面ｆと干渉するか否かを
判断する。干渉すると判断されるときは、ステップｇ１
２で、凹形状が面ｆにあるか否かを判断する。凹形状が
あるときには、ステップｇ１３で、凹形状によってでき
る空間の面ｗを選択する。次にステップｇ１４で、面ｗ
と打点Ｓ・Ｄ間の干渉があるか否かを判断する。干渉が
あると判断されるときには、ステップｇ１１で構造物と
移動ベクトルとの間には干渉なしと判断し、ステップｇ
１６で動作を終了する。

【００５６】ステップｇ１２で、凹形状が面ｆにないと
判断されるときには、ステップｇ１７で干渉ありと判断
し、ステップｇ１６で動作を終了する。ステップｇ１４
で、面ｗと打点Ｓ・Ｄ間の干渉がないと判断されるとき
には、面ｆにまだ確認していない凹形状があるか否かを
ステップｇ１８で判断する。確認していない凹形状があ
るときにはステップｇ１３に戻る。確認していない凹形
状がないときには、ステップｇ１７で、干渉ありと判断
し、ステップｇ１６で動作を終了する。ステップｇ１５
で、打点Ｓの写像点から打点Ｄの写像点へのベクトルが
面ｆと干渉しないと判断されているときには、ステップ
ｇ１９に移り、また確認していない面があるか否かを判
断する。まだ確認していない面があるときには、ステッ
プｇ２に戻る。確認していない面がないときには、ステ
ップｇ１５に移り、干渉なしと判断し、ステップｇ１６
で動作を終了する。ステップｇ８およびステップｇ１１
で、面ｆと干渉しないと判断されるときには、ステップ
ｇ１９に戻る。

【００５７】図１７は、図１６の動作におけるベクトル
と面との干渉判定の動作を示す。ステップｈ１から動作
を開始し、ステップｈ２では平面の全頂点リストＶａか
ら、凹形状の頂点を除いた頂点リストＶ１を生成する。
ここで言う凹形状には、図１８に示すような形状も含ま
れる。図１８に示す形状において、干渉判定の際には頂
点ａは無関係である。このような頂点を外積計算を行う
頂点リストから除いておくことによって、計算上の削減
を図ることができる。

【００５８】ステップｈ３では、打点Ｓの写像点から頂
点リストＶ１の頂点ｖｍへのベクトルをベクトルＳｍと
する。ステップｈ４では、全てのベクトルＳｍと打点Ｓ
・Ｄの写像点間のベクトルの外積Ｇｍを計算する。ステ
ップｈ５では、頂点リストＶ１内のある点α，βに対し
て、（Ｇα＞０かつＧβ＜０）なる命題が成立つが否か
を判断する。命題が成立つと判断されるときにはステッ
プｈ６で干渉すると判断し、命題が成立たないと判断さ
れるときにはステップｈ７で干渉しないと判断し、ステ
ップｈ８で操作を終了する。

【００５９】図１９は、外積を計算することによってス
テップｈ５による干渉判断が可能な原理を示す。ベクト
ルＳＤと打点Ｓを起点とする他のベクトルとの外積の符
号は、他のベクトルがベクトルＳＤの右側にあるか左側
にあるかによって異なってくる。ベクトルＳＤに対し、
Ｓを起点する点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４へのベクトルの
外積を、それぞれＦ（Ｓ１），Ｆ（Ｓ２），Ｆ（Ｓ
３），Ｆ（Ｓ４）とすると、次の第６式〜第９式として
示す関係が成立する。 Ｆ(Ｓ１)＞０ならばＦ(Ｓ２)＞０，Ｆ(Ｓ３)＜０，Ｆ(Ｓ４)＜０ …（６） Ｆ(Ｓ２)＞０ならばＦ(Ｓ１)＞０，Ｆ(Ｓ３)＜０，Ｆ(Ｓ４)＜０ …（７） Ｆ(Ｓ３)＞０ならばＦ(Ｓ４)＞０，Ｆ(Ｓ１)＜０，Ｆ(Ｓ２)＜０ …（８） Ｆ(Ｓ４)＞０ならばＦ(Ｓ３)＞０，Ｆ(Ｓ１)＜０，Ｆ(Ｓ２)＜０ …（９） すなわち、外積の符号が異なるベクトルが存在すれば、
ベクトルＳＤとＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を頂点とする図
形とは干渉すると判断される。

【００６０】図２０〜図２５は、凹形状を有する面ｆを
打点Ｓから打点Ｄまでの像ベクトルが通過するか否かを
判断する過程を示す。図２０は、打点Ｓ，Ｄと面ｆとの
空間的な関係を示す。図２１は、（ａ）で面ｆのｘｙ平
面への写像を示し、（ｂ）でさらに打点Ｓ・Ｄのｘｙ平
面への写像を示す。（ｃ）は外積計算による干渉検出の
ためのベクトルの組合わせを示す。図２２の（ａ）は、
面ｆのｘｚ平面への写像を示し、（ｂ）は、打点Ｓ・Ｊ
をｘｚ平面に写像させた状態を示し、（ｃ）は外積計算
によって干渉を検出する状態を示す。図２３は、（ａ）
で面ｆのｙｚ平面への写像を示し、（ｂ）で打点Ｓ・Ｄ
の写像を加えた状態を示し、（ｃ）で外積計算による干
渉検出状態を示す。

【００６１】図２４は、打点Ｓから打点Ａへの移動ベク
トルが面に凹形状が存在する状態を示す。図２５は、
（ａ）で凹形状に対応する面ｗを示し、（ｂ）で打点Ｓ
からＤまでの移動ベクトルが面ｗを通過するか否かを判
定する状態を示す。通過の判定は、図２１〜図２３に示
す方法と同様に行う。この場合は、面ｗを移動ベクトル
が通過せず、面ｗに対しては干渉しないと判断される。
図２１〜図２３に示す判定では、凹形状の部分を含めて
通過を判定しているので、面ｗを移動ベクトルが通過す
ると判定されれば、面ｆを実質的には通過しないと判断
される。しかしながら、図２５（ｂ）での判定で、面ｗ
を移動ベクトルが通過しないと判断されるので、図２４
に示すように、移動ベクトルは面ｆの凹形状ではない部
分を通過すると判断され、結論として干渉有りとされ
る。

【００６２】図２６は、構造物のＢ−ｒｅｐによる表現
方法の原理を示す。構造物Ａは、稜線ｅ５，ｅ６，ｅ
７，ｅ８，…，ｅ１３，ｅ１４，ｅ１５，ｅ１６とを有
する。また面ｆ１，…や頂点ｖ５，ｖ６，ｖ７，ｖ８，
…なども有する。方向記号は上方をＵとし、下方をＤと
する。幅方向および奥行方向をＥ，Ｗ；Ｎ，Ｓでそれぞ
れ示す。図２６に示す構造物Ａは、図２７に示すような
木構造として表現される。

【００６３】図２７に示す木構造は、次のようなリスト
として表現することもできる。 ｏｂｊｃｔ（０１，［ｆ１，ｆ２，…，ｆ１３］） …（10） ｆａｃｅ（ｆ１，［ｆ１１，ｆ１２］） …（11） ｆａｃｅ（ｆ２，［ｆ１３］） …（12） ｅｄｇｅ（ｅ５，ｖ５，ｖ６，１） …（13） ｅｄｇｅ（ｅ６，ｖ６，ｖ８，１） …（14） ｅｄｇｅ（ｅ７，ｖ７，ｖ８，１） …（15） ｅｄｇｅ（ｅ８，ｖ８，ｖ５，−１） …（16） ｖｅｒｔｅｘ（ｖ１） …（17） ｖｅｒｔｅｘ（ｖ２） …（18） ｖｅｒｔｅｘ（ｖ３） …（19） たとえば第１３式、第１４式および第１５式で、「１」
になっている部分が第１６式で「−１」となっているの
は、稜線ｅ５，ｅ６，ｅ７が凸であるのに対し、稜線ｅ
８は凹であるのを示す。第１０式〜第１９式のＢ−ｒｅ
ｐ表現に対し、図２６に示す方向記号Ｕ，Ｄ，Ｎ，Ｗ，
Ｓ，Ｅを設定し、稜線をベクトルとしたときの方向記号
リストを追加する。

【００６４】図２８は、次の第２０式のＢ−ｒｅｐ表現
と、第２１式の方向記号リストによって表現される面の
形状を示す。 ｆＬｐ（ｆ９８，［ｅ５０，ｅ５１，ｅ５２，ｅ５３，ｅ５４，ｅ５５， ｅ５６，ｅ５７］） …（20） ｄＬｐ（ｆ９８，［Ｓ，Ｅ，Ｎ，Ｗ，Ｎ，Ｅ，Ｎ，Ｗ］ …（21） 方向記号リストを追加することによって、様々な特徴形
状を抽出することができる。

【００６５】なお、本実施形態では、評価値、最適化手
法および巡回セールスマン問題の近似解法として、干渉
を考慮した作業時間、シミュレーティドアニーリング法
およびニアレストネイバー法をそれぞれ用いているけれ
ども、これらに限ることではない。たとえば移動距離や
干渉回数、あるいはそれらを組合わせに基づく評価値を
用いることもできる。また近似解法としては、2 Opt
法、Greedy法、FarthestInsertion法を含む種々の方法
を用いていることもできる。

【００６６】以上説明した実施形態では、３台のロボッ
トによって自動車の車体に対してスポット溶接を行う場
合の作業計画に適用する場合について説明しているけれ
ども、本発明による手法は、複数ロボットによるハンド
リング一般、塗装、切断等の作業計画に広く適用するこ
とができる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、作業をグ
ループ化し、作業の順序やロボットへの作業の配分は、
グループ単位で行うので、ロボットと作業との組合わせ
についての解を探索する数を大幅に減少させて、現実的
な時間で最適解と大きな差のない最良解を容易かつ自動
的に得ることができる。最良解を自動的に得ることがで
きるので、経験に基づく知識や試行錯誤による決定が不
要であり、作業位置やロボットの追加あるいは削除によ
る仕様変更時の計画変更も容易に行うことができる。作
業の干渉は、干渉調査段階でグループ間で一旦行ってお
けばよく、シミュレータによる干渉調査の反復が不要と
なり、作業時間の短縮を図ることができる。作業位置が
増加しても有限な時間内で最良解を得ることができるの
で、容易かつ現実的な時間で複数のロボットを使用する
作業計画を容易に作成することができる。ロボット間の
作業には作業時間帯にずれがあれば干渉も許容されるの
で、ロボットを密に配置して効率的な作業を行うことが
できる。

【００６８】また最良解探索では、たとえばシミュレー
ティドアニーリング法などを用いて、すでに得られてい
る評価値よりも劣る評価値しか得られない解についても
一定の確率で採用するので、局所解に落ちるおそれを解
消し、最適解に近い最良解を短時間で探索することがで
きる。

【００６９】また本発明によれば、初期可能解を巡回セ
ールスマン問題の近似解法、たとえばニアレストネイバ
ー法などを用いて求めるので、最良解が得られやすい解
を初期可能解として容易に決定することができる。

【００７０】また本発明によれば、各グループには、回
避点が設けられるので、干渉が生じる場合の取扱いを容
易に行うことができる。

【００７１】また本発明によれば、初期可能解決定段階
で、各ロボットに設定される作業時間に基づき、ロボッ
トに対して配分されるグループの選択と、作業時間が小
さなロボットにグループを優先的に割り当てるロボット
の選択とを繰返すので、初期可能解を容易に設定するこ
とができる。

【００７２】また本発明によれば、グループ化段階で、
ワークあるいは治工具との干渉を生じない作業をグルー
プとして分割するので、グループ内での作業を干渉を考
慮しないで行うことができる。

【００７３】また本発明によれば、ロボット先端のツー
ル方向やツール挿入方向あるいはグループに含まれる作
業についての巡回路生成の近似アルゴリズムを用いる順
序決定、さらには作業間の移動距離が長い場合の分割な
どによって、グループ内での作業は効率的に行うことが
できる。

【００７４】また本発明によれば、複雑形状のワークあ
るいは治工具であっても、Ｂ−ｒｅｐ表現によるリスト
として入力し、ツールの移動に対して干渉するか否かを
確実に判断することができる。

【００７５】また本発明によれば、干渉の判断は、対象
物の各座標軸平面への写像に対してベクトルの外積の符
号に基づいて行うので、容易かつ確実に干渉が生じるか
否かを判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態による作業計画を行うべ
きスポット溶接ラインの概略的な平面図である。

【図２】図１のワークである自動車車体に対して溶接す
べき打点の位置を示す溶接指示図である。

【図３】図２の溶接打点に対してグループ化の過程を示
す図である。

【図４】図２の溶接打点に対してグループ化の過程を示
す図である。

【図５】図２の溶接打点に対してグループ化の過程を示
す図である。

【図６】図２の溶接打点に対するグループ化の最終結果
を示す図である。

【図７】本実施形態による作業計画の全体的な流れを示
すフローチャートである。

【図８】図７のグルーピング段階で、治具や車体との干
渉チェックを行う動作を示すフローチャートである。

【図９】図７のグルーピングの段階でグループ間干渉判
定を行う動作を示すフローチャートである。

【図１０】図９のグループ間判定の対象となるロボット
と打点グループとの関係を示す簡略化した斜視図であ
る。

【図１１】図７の初期値生成段階の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１２】図７の解改善の段階の動作を示すフローチャ
ートである。

【図１３】図１２のＳＡ実行の動作を示すフローチャー
トである。

【図１４】ＳＡ法による解改善の過程と、局所探索法に
よる解改善の過程とを比較して示すグラフである。

【図１５】本実施形態による作業計画結果と熟練者によ
る作業計画結果とを比較して示すガントチャートであ
る。

【図１６】図８のステップｂ４およびｂ６で、移動ベク
トルが対象物を通過するか否かを判断する動作を示すフ
ローチャートである。

【図１７】面の写像と移動ベクトルの写像とが干渉する
か否かを判断する過程を示すフローチャートである。

【図１８】凹形状の例を示す図である。

【図１９】写像の外積計算によるベクトル間の左右関係
が把握できる原理を示す図である。

【図２０】図１６に対応して、１つの面に対する通過の
判定原理を示す簡略化した斜視図である。

【図２１】図２０のｘｙ平面に関する外積計算による干
渉検出の過程を示す図である。

【図２２】図２０のｘｚ平面に関連して外積計算による
干渉検出の過程を示す図である。

【図２３】図２０のｙｚ平面に関連して外積計算による
干渉検出の過程を示す図である。

【図２４】図２０の面ｆに凹形状の部分が存在すること
を示す簡略化した斜視図である。

【図２５】図２４に示す凹形状の部分に対応する面ｗと
移動ベクトルが干渉しないことを示し、移動ベクトルと
面ｆとが干渉することを示す図である。

【図２６】構造物のＢ−ｒｅｐによる表現の対象となる
構造物Ａの斜視図である。

【図２７】図２６に示す構造物Ａに対応する木構造を示
す図である。

【図２８】拡張したＢ−ｒｅｐ表現に対応する凹形状を
有する面の一例を示す図である。

【符号の説明】

１，２，３ ロボット ４，５，６ スポット溶接ガン １０ 制御装置 １１，１２ 自動車車体 ２０ 打点 ２１，２２，３１，３２，３３，３４ グループ ４１ ロボットシミュレータデータ ４２ ロボットデータ ４３ グループデータ ４４ 初期値結果 ４５ ＳＡパラメータ ４６ 解改善結果

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日隈 克敏 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 中土 宜明 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 田中 博文 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 加藤 幸二 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (56)参考文献 特開 平２−273807（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−131021（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−44214（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/18 G05B 19/4093

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業領域の少なくとも一部が重なるよう
   に配置される複数台ロボットの作業計画方法において、 複数台のロボットにおいて行われるべき複数の作業を、
   ロボットの可動範囲と作業可能ガンによる制約条件に基
   づき、ロボットの台数以上の数のグループに分割するグ
   ループ化段階と、 グループとロボットとの可能な組合わせに対し、他の組
   合わせとの間でロボットの作業が干渉するか否かを判断
   する調査を行う干渉調査段階と、 各ロボットに対するグループの配分と、各ロボットにお
   ける配分されるグループの作業の順序と、各グループ内
   の作業を行う方向と、ロボット間での干渉を生じる場合
   に優先して作業を行う優先順位とを示す解として、近似
   的に初期可能解を決定する初期可能解決定段階と、 解について、各ロボットへのグループの配分、グループ
   間の作業順序、各グループ内での方向およびロボットの
   優先順位を変更して解の内容を変更する解変更段階と、 初期可能解決定段階で決定される解または解変更段階で
   変更される解について、干渉調査段階の調査結果に従
   い、干渉が生じるときには回避に要する作業を含めて、
   ロボットの作業について評価値を算出する評価値算出段
   階と、 初期可能解決定段階で決定される初期可能解について評
   価値算出段階で評価値を算出し、解変更段階での解の変
   更と評価値算出段階での解の評価とを繰返し、評価値が
   最良となる解を探索する最良解探索段階とを含み、 最良解探索段階では、評価値決定段階ですでに得られて
   いる評価値よりも劣る評価値しか得られない解について
   も、一定の確率で採用するような最適化手法を用いるこ
   とを特徴とする複数台ロボットの作業計画方法。
2. 【請求項２】 前記初期可能解決定段階では、巡回セー
   ルスマン問題についての近似解法を用いることを特徴と
   する請求項１記載の複数台ロボットの作業計画方法。
3. 【請求項３】 前記グループ化段階で分割される各グル
   ープに対し、干渉回避のための作業位置の追加が必要か
   否かを判断し、必要な場合にはグループの両端に新たな
   作業位置を回避点として加え、回避が必要であってもす
   でに存在するグループの両端の作業点での回避が可能な
   場合には両端の作業位置を回避点として設定することを
   特徴とする請求項１記載の複数台ロボットの作業計画方
   法。
4. 【請求項４】 前記初期可能解決定段階では、各ロボッ
   トに、初期値が０である作業時間を設定しておき、 各ロボットの初期位置からグループの回避点への移動時
   間をロボットの運動性能データから算出し、移動時間が
   最短となるグループを各ロボットに配分して、グループ
   内の作業時間と算出される移動時間とをロボットの作業
   時間に加えるグループの選択と、 作業時間の小さいロボットについて順次グループの選択
   を行うロボットの選択とを繰返して、 全グループをロボットに配分することを特徴とする請求
   項３記載の複数台ロボットの作業計画方法。
5. 【請求項５】 前記グループ化段階では、各ロボットの
   可動範囲および作業用ツールの種類に従って作業のグル
   ープへの分割を行う作業分割段階と、 ワークおよび使用する治工具についての空間情報を入力
   する情報入力段階と、 作業分割段階で分割される各グループ内で、ツールが作
   業位置間を移動する間にワークまたは治工具と干渉する
   か否かを、情報入力段階で入力される空間情報に従って
   判断し、ワークまたは治工具と干渉すると判断される場
   合は、通過の前後の作業でグループを分割するグループ
   分割段階とを含むことを特徴とする請求項１または３記
   載の複数台ロボットの作業計画方法。
6. 【請求項６】 前記作業分割段階によって分割されるグ
   ループに対して、 ロボット先端のツール方向ベクトル間の角度の差異によ
   るグループ化と、 ツール挿入方向ベクトル間の角度の差異によるグループ
   化と、 グループに含まれる作業について、巡回路生成の近似ア
   ルゴリズムを用いる順序決定と、 作業位置間の移動距離によるグループ化とを処理として
   施すことを特徴とする請求項５記載の複数台ロボットの
   作業計画方法。
7. 【請求項７】 前記情報入力段階では、Ｂ−ｒｅｐ表現
   によるワークおよび治工具の空間情報を入力することを
   特徴とする請求項５または６記載の複数台ロボットの作
   業計画方法。
8. 【請求項８】 前記干渉するか否かの判断は、対象物の
   各座標軸平面への写像に対して、ツールの移動開始点か
   ら写像上の各点へのベクトルとツールの移動ベクトルと
   の外積を計算し、外積の符号が異なるベクトルが存在す
   るときに干渉すると判断することを特徴とする請求項１
   〜７のいずれかに記載の複数台ロボットの作業計画方
   法。