JP5044991B2 - 経路作成装置及び経路作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、障害物を回避するロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成装置及び経路作成方法に関する。

近年、各種産業用ロボットや人型ロボットなどの様々なロボットが開発されている。例えば、ロボットには、多数の関節を有し、関節間がリンクで連結され、各関節の動作によって多数の自由度を持つロボットがある。このようなロボットを動作させる場合、初期位置姿勢と目標位置姿勢が与えられ、初期位置姿勢から目標位置姿勢に至る経路を作成し、その経路に基づいてロボットの各関節を動作させる。この経路の作成方法としては、例えば、初期位置姿勢から目標位置姿勢に至るまでの障害物を回避するための中間位置姿勢の系列を乱数などの確率的手法で探索し、その中間位置姿勢の系列によって初期位置姿勢と目標位置姿勢とをつなぐ経路を作成する（非特許文献１参照）。この際、中間位置姿勢を探索する毎にその中間位置姿勢となった場合のロボットが障害物と干渉しているかの確認を行い、障害物と干渉しない中間位置姿勢を探索する。
Ｓ．Ｍ．ＬａＶａｌｌｅ ａｎｄ Ｊ．Ｊ．Ｋｕｆｆｎｅｒ，Ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ ｋｉｎｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｉｎ Ｐｒｏｃ，ＩＥＥＥ Ｉｎｔ'ｌ Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，１９９９

従来、経路を作成する場合、新たな初期位置姿勢と目標位置姿勢が与えられると、その間の中間位置姿勢を複数探索している。そのため、各中間位置姿勢について、障害物と干渉しない中間位置姿勢を探索できるまで、障害物との干渉確認を繰り返し行っていた。その結果、干渉確認の計算量が増大し、経路の作成に非常に時間を要した。特に、干渉確認は、ロボットの形状や障害物の形状が複雑化するほどあるいは障害物の数が増加するほど、計算量が増大する。したがって、オンラインによりリアルタイムでロボットを動作させる場合、このような障害物を回避するための経路を作成すると、計算時間を非常に要するので、実用上問題となった。

そこで、本発明は、障害物を回避するロボットの動作経路を高効率に作成する経路作成装置及び経路作成方法を提供することを課題とする。

本発明に係る経路作成装置は、障害物を回避するロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成装置であって、過去に作成した位置姿勢間の障害物との干渉確認済みの動作経路を記憶する記憶手段と、目標位置姿勢が設定された場合、記憶手段に記憶されている動作経路の中から利用可能な動作経路があるか否かを検索する検索手段と、検索手段で利用可能な動作経路を検索できた場合、当該検索できた動作経路を使用してロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成手段とを備え、検索手段は、目標位置姿勢が設定された場合、第１の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離に所定の閾値を加算した距離と、記憶手段に記憶されている第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離とを比較し、第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離が短い場合には第１の位置姿勢から第２の位置姿勢までの動作経路を利用可能な動作経路とすることを特徴とする。本発明の上記経路作成装置では、位置姿勢間の距離は、作業空間における各位置姿勢になった場合のロボットの先端座標間の距離である。

この経路作成装置では、記憶手段に過去に作成された任意の目標位置姿勢までの各位置姿勢間の動作経路が記憶されている。この記憶されている動作経路は、障害物を回避する経路であるので、障害物との干渉確認済みの経路である。ここで、新たに目標位置姿勢が設定されると、経路作成装置では、検索手段により、記憶されている位置姿勢間の動作経路の中から利用可能な動作経路があるか否かを検索する。そして、経路作成装置では、利用可能な動作経路を検索できた場合、経路作成手段により、検索できた経路を使用してロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する。このように、経路作成装置では、過去に作成された障害物との干渉確認済みの動作経路を再利用するので、その利用した部分については障害物との干渉確認を行う必要がない。そのため、干渉確認による計算量が低減し、計算処理を高速化でき、ロボットの動作経路を高効率に作成することができる。また、経路作成装置では、過去に作成された動作経路を再利用するので、その利用した部分については中間位置姿勢を確率的な方法で探索する必要がなく、動作経路の作成に再現性がある。したがって、障害物の配置が同じあれば、動作経路を作成する毎に同じ動作経路を作成することができる。

なお、ロボットには、関節などによって動作する一般的なロボット以外にも、移動体も含むものとする。したがって、動作経路には、移動経路も含むものとする。記憶されている任意の動作経路については、その動作経路に従ってロボットに同じ方向に動作をさせる場合以外にも、その動作経路に対してロボットに逆の方向に動作をさせる場合も利用可能である。逆の方向に動作させる場合も、障害物を回避することは保証されている。

この経路作成装置の検索手段では、記憶手段に記憶されている第１の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離と、第１の位置姿勢から遡った記憶手段に記憶されている第２の位置姿勢を経由した目標位置姿勢までの距離とに基づいて、第１の位置姿勢から第２の位置姿勢までの動作経路が利用可能か否かを判定する。このように、経路作成装置では、目標位置姿勢までの第１の位置姿勢からの直接の距離と作成済みの動作経路を通る第２の位置姿勢を経由した距離とを用いることにより、目標位置姿勢に対して第１の位置姿勢から直接動作した方が近いかあるいは第２の位置姿勢を経由した方が近いかを判断することができる。その結果、目標位置姿勢に近い第２の位置姿勢を検索することができるとともに、動作距離の短い動作経路を求めることができ、ロボットを効率的に動作させることができる。

なお、第１の位置姿勢から第２の位置姿勢までは、その間に他の位置姿勢が存在しない場合もあれば、あるいは、その間に他の位置姿勢が存在する場合もある。他の位置姿勢が存在する場合、複数個の位置姿勢を遡ることになり、位置姿勢間も複数個存在する。

この経路作成装置の検索手段では、第１の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離に所定の閾値を加算した距離と、記憶手段に記憶されている第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離の積算値に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離とを比較し、第２の位置姿勢を経由する距離が短い場合には第１の位置姿勢から第２の位置姿勢までの動作経路を利用可能な動作経路と判定する。所定の閾値は、ロボットの形状やサイズなどを考慮して設定される値である。このように、経路作成装置では、所定の閾値を加味して距離を比較することにより、単純な大小比較により動作経路を利用可能か否かを判定できる。

本発明に係る経路作成方法は、障害物を回避するロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成方法であって、目標位置姿勢が設定された場合、記憶手段に記憶されている過去に作成された位置姿勢間の障害物との干渉確認済みの動作経路の中から利用可能な動作経路があるか否かを検索する検索ステップと、検索ステップで利用可能な動作経路を検索できた場合、当該検索できた動作経路を使用してロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成ステップとを含み、検索ステップでは、目標位置姿勢が設定された場合、第１の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離に所定の閾値を加算した距離と、記憶手段に記憶されている第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離とを比較し、第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離が短い場合には第１の位置姿勢から第２の位置姿勢までの動作経路を利用可能な動作経路とすることを特徴とする。本発明の上記経路作成方法では、位置姿勢間の距離は、作業空間における各位置姿勢になった場合のロボットの先端座標間の距離である。

なお、上記の各経路作成方法は、上記の各経路作成装置と同様の作用効果を奏する。

本発明は、過去に作成した障害物との干渉確認済みの動作経路を再利用することにより、障害物を回避するロボットの動作経路を高効率に作成することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る経路作成装置及び経路作成方法の実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係る経路作成装置及び経路作成方法を、多自由度リンク系のロボットの動作経路を作成する経路作成装置に適用する。本実施の形態に係る経路作成装置は、ロボットが所定の位置から所定の位置までの動作するときに周辺に存在する障害物を回避するような動作経路を作成する。

図１〜図４を参照して、本実施の形態に係る経路作成装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係る経路作成装置の構成図である。図２は、本実施の形態で適用されるロボットの一例である。図３は、本実施の形態で適用されるロボットの他の例である。図４は、本実施の形態に適用されるロボットの作業空間における初期位置姿勢、最終位置姿勢、中間位置姿勢及び経由位置姿勢の一例である。

経路作成装置１は、ロボットが最終位置姿勢に至るまでの障害物を回避する中間位置姿勢を順次作成し、その中間位置姿勢の系列から最終位置姿勢までの動作経路を作成する。特に、経路作成装置１は、障害物との干渉確認の回数を低減するために、干渉確認済みの過去に作成した動作経路を再利用する。そのために、経路作成装置１は、目標位置姿勢入力部２、環境認識処理部３、データベース４、中間位置姿勢作成部５、干渉確認部６、再利用経路検索部７、経路出力部８を備えている。経路作成装置１の主要部はコンピュータ上あるいはロボット内の電子制御ユニットなどに構成され、特に、中間位置姿勢作成部５、干渉確認部６、再利用経路検索部７はハードディスクあるいはＲＯＭ内に格納された各アプリケーションプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することによって構成される。

なお、本実施の形態では、データベース４が特許請求の範囲に記載する記憶手段に相当し、中間位置姿勢作成部５が特許請求の範囲に記載する経路作成手段に相当し、再利用経路検索部７が特許請求の範囲に記載する検索手段に相当する。

まず、本実施の形態に適用されるロボットについて説明しておく。図２にはロボットの一例を示している。ロボットＲ１は、多数の関節Ｊ１，・・・，Ｊｎを備えており、関節間がリンクＬ１，・・・，Ｌｎ＋１で接続されている。また、ロボットＲ１は、末端のリンクＬ１の一端が固定され、先端のリンクＬｎ＋１の一端にハンドＨが取り付けられている。各関節Ｊ１，・・・，Ｊｎは、アクチュエータが内蔵されており、回転動作をそれぞれ行い、接続される２本のリンク間の角度Ｘ１，・・・，Ｘｎをそれぞれ変更する。

このように、ロボットＲ１は、ｎ個の自由度を持つ。この自由度は、ｎ個の角度に対して座標軸を持つｎ次元座標空間（コンフィグレーション空間）における一点（Ｘ１，・・・，Ｘｎ）で表される。また、ロボットＲ１の実際の位置姿勢は、三次元空間（作業空間）におけるロボットＲ１の先端部Ｔ（リンクＬｎ＋１とハンドＨとの取付部）の座標系（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）で表される。ロボットＲ１の先端部Ｔは、コンフィグレーション空間から作業空間への非線形写像の値として、Ｙ１＝ｆ１（Ｘ１，・・・，Ｘｎ）、Ｙ２＝ｆ２（Ｘ１，・・・，Ｘｎ）、Ｙ３＝ｆ３（Ｘ１，・・・，Ｘｎ）で定義される。したがって、コンフィグレーション空間の（Ｘ１，・・・，Ｘｎ）を規定すると、作業空間の（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）が決まる。

また、図３にはロボットの他の例を示している。ロボットＲ２は、人型のロボットであり、左右一対のアーム部Ａ１，Ａ２とハンドＨ１，Ｈ２を有している。ロボットＲ２は、１０個の関節Ｊ１，・・・，Ｊｎを備えており、１０個の自由度を持つ。ロボットＲ２は、自由度がコンフィグレーション空間における座標系（Ｘ１，・・・，Ｘ１０）で表され、実際の位置姿勢が作業空間における各先端部Ｔ１，Ｔ２の座標系（Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ１３）、（Ｙ２１，Ｙ２２，Ｙ２３）で表される。ロボットＲ２の場合、コンフィグレーション空間の（Ｘ１，・・・，Ｘ１０）を規定すると、作業空間の（Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ１３）、（Ｙ２１，Ｙ２２，Ｙ２３）が決まる。

図４には、作業空間におけるロボットの先端座標系（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）の位置姿勢の一例を示している。Ｓは初期位置姿勢であり、Ｓ１は中間位置姿勢（例えば、把持対象物体の真上での位置姿勢）であり、Ｓ２は中間位置姿勢（例えば、物体を把持する位置姿勢）であり、Ｇ１は最終位置姿勢（中間目標位置姿勢）（例えば、物体を置く位置姿勢）であり、Ｇ２は次の最終位置姿勢（例えば、待機位置姿勢）である。また、Ｐ１〜Ｐ６は、経由位置姿勢であり、中間位置姿勢間の経路上の代表的な位置姿勢である。

中間位置姿勢Ｓｉ（又は初期位置姿勢Ｓ）と中間位置姿勢Ｓｉ＋１（又は最終位置姿勢Ｇ）との間の動作は、動作の「ひとつの区切り」（動作の区切り）である。ある動作の区切りと別の動作の区切りは、一般的に、動作時間や距離が異なっている。経由位置姿勢Ｐｊは、ロボットを動作させる際の動作の単位であり、ロボットの形状やサイズなどを考慮して予め設定されている。したがって、中間位置姿勢Ｓｉと中間位置姿勢Ｓｉ＋1間の距離によって、経由位置姿勢Ｐｊの個数が自動的に決まる。また、隣り合った中間位置姿勢Ｓｉ（又は初期位置姿勢Ｓ）と中間位置姿勢Ｓｉ＋１（又は最終位置姿勢Ｇ）との間の動作は、動作の期が定義され、ｉ期の動作と呼ぶ。

それでは、経路作成装置１の各部について説明する。目標位置姿勢入力部２は、オペレータによって初期位置姿勢、最終位置姿勢（又は中間目標位置姿勢）を入力するための手段である。目標位置姿勢入力部２としては、例えば、キーボードである。最終位置姿勢は、次の最終位置姿勢が入力されると、中間目標位置姿勢となる。この入力される各位置姿勢は、コンフィグレーション空間における座標系でもよいし、あるいは、作業空間における座標系でもよい。

環境認識処理部３は、ロボットの周辺の環境情報（特に、障害物情報）を認識する手段である。環境認識処理部３としては、例えば、カメラ、レンジファインダ、ミリ波センサ、超音波センサである。例えば、図３に示す人型ロボットの場合、顔部の目に相当する部分にカメラなどが取り付けされる。なお、周辺環境を認識するのでなく、ロボットの周辺環境（特に、障害物）が予め判っている場合にはそれらの情報をデータベースに予め格納しておいてもよいし、あるいは、オペレータが入力するようにしてもよい。

データベース４は、ハードディスクあるいはＲＡＭの所定の領域に構成され、ロボット情報記憶部４ａ、環境情報記憶部４ｂ、経路記憶部４ｃを有している。ロボット情報記憶部４ａには、ロボットに関する情報が記憶され、例えば、ロボットの位置、ロボット全体や各部の質量、ロボット全体や各部の形状及びサイズ、ロボットの重心、関節の回転角度範囲、リンク長が記憶される。環境情報記憶部４ｂには、環境認識処理部３で認識したロボットの周辺環境の情報が記憶され、例えば、障害物の位置、形状、サイズが記憶される。経路記憶部４ｃには、中間位置姿勢作成部５で作成された中間位置姿勢や動作経路が記憶される。ここに記憶される位置姿勢は、コンフィグレーション空間における座標系であるが、作業空間における座標系でもよい。

中間位置姿勢作成部５は、目標位置姿勢入力部２から入力された初期位置姿勢から最終位置姿勢（又は中間目標位置姿勢）とをつなぐ中間位置姿勢を作成し、さらに、動作経路を作成する手段である。データベース４に動作経路が全く記憶されていない場合又はデータベース４に再利用可能な動作経路がないと判定された場合、中間位置姿勢作成部５では、従来の手法により、初期位置姿勢から最終位置姿勢とをつなぐための中間位置姿勢をコンフィグレーション空間における座標系で順次作成する。中間位置姿勢を作成する毎に干渉確認部６で干渉確認が行われるので、作成した中間位置姿勢となった場合のロボットが障害物と干渉しないと確認された場合、中間位置姿勢作成部５では、その作成した中間位置姿勢までの動作経路を作成し、その動作経路をデータベース４に記憶させる。この際、中間位置姿勢作成部５では、動作の単位に応じて中間位置姿勢間の経由位置姿勢をコンフィグレーション空間における座標系で順次作成する。一方、作成した中間位置姿勢となった場合のロボットが障害物と干渉すると確認された場合、中間位置姿勢作成部５では、再度、中間位置姿勢をコンフィグレーション空間における座標系で作成する。

データベース４に動作経路が記憶されている場合、中間位置姿勢作成部５では、再利用経路検索部７に再利用可能な動作経路を検索する指令を行う。再利用可能な動作経路があると判定された場合、中間位置姿勢作成部５では、その再利用可能な動作経路を用いて動作経路を作成し、その動作経路をデータベース４に記憶させる。ここでは、再利用可能な動作経路と同じ方向にロボットを動作させる場合にはデータベース４に記憶されている再利用可能な動作経路をそのまま利用し、再利用可能な動作経路と逆方向にロボットを動作させる場合にはデータベース４に記憶されている再利用可能な動作経路における中間位置姿勢及び経由位置姿勢を逆方向に並び替える。一方、再利用可能な動作経路がないと判定された場合、中間位置姿勢作成部５では、上記した処理を行う。

中間位置姿勢作成部５では、以上の処理を最終位置姿勢に到達するまで繰り返し行う。これによって、最終位置姿勢までの動作経路として、中間位置姿勢の系列及び中間位置姿勢間の経由位置姿勢の系列のコンフィグレーション空間における座標系がデータベース４に記憶される。

干渉確認部６は、中間位置姿勢作成部５で作成された中間位置姿勢になった場合のロボットが障害物と干渉するか否かを判定するための手段である。干渉確認部６では、中間位置姿勢のコンフィグレーション空間における座標系からロボットの作業空間での中間位置姿勢を計算する。そして、干渉確認部６では、データベース４に記憶されているロボットの形状やサイズなどの情報及び障害物の位置、形状やサイズの情報を参照し、実際の空間において中間位置姿勢になった場合のロボットが障害物に干渉するか否かを判定する。

再利用経路検索部７は、中間位置姿勢作成部５からの指令に応じて、データベース４に記憶されている動作経路の中から再利用可能な動作経路を検索する手段である。再利用経路検索部７では、データベース４に記憶されている中間位置姿勢の中から、現時点の中間位置姿勢から遡ることができる中間位置姿勢（つまり、作成済みの動作経路を介して現時点の中間位置姿勢につながる中間位置姿勢）を順次抽出する。再利用経路検索部７では、現時点の中間位置姿勢から最終位置姿勢までの２点間の距離を計算する。また、再利用経路検索部７では、現時点の中間位置姿勢からその抽出した各中間位置姿勢を経由した最終位置姿勢までの距離を計算する。例えば、動作の期を１期分遡った場合には現時点の中間位置姿勢から遡った中間位置姿勢までの距離とその遡った中間位置姿勢から最終位置姿勢までの距離とを加算した距離であり、動作の期を２期分遡った場合には現時点の中間位置姿勢から１期分遡った中間位置姿勢までの距離と１期分遡った中間位置姿勢から２期分遡った中間位置姿勢までの距離と２期分遡った中間位置姿勢から最終位置姿勢までの距離とを加算した距離である。そして、再利用経路検索部７では、その２点間距離に閾値距離Ａを加算した距離と遡った中間位置姿勢を経由した距離とを比較し、遡った中間位置姿勢を経由した距離が短い場合には現時点の中間位置姿勢から遡った各中間位置姿勢までの動作経路が再利用可能と判定する。例えば、動作の期を１期分遡った場合には現時点の中間位置姿勢と１期分遡った中間位置姿勢との間の動作経路が再利用可能であり、２期分遡った場合には現時点の中間位置姿勢と１期分遡った中間位置姿勢との間の動作経路及び１期分遡った中間位置姿勢と２期分遡った中間位置姿勢との間の動作経路が再利用可能である。これによって、最終位置姿勢に最も距離の近い中間位置姿勢を探索することができる。

なお、閾値距離Ａは、ロボットの先端座標の変位単位であり、ロボットのサイズや形状を考慮して予め設定される。また、中間位置姿勢を何期分遡るかは、遡ることが可能な限界まで動作の期を遡ってもよいし、動作の期を何期分遡るかを予め規定しておいてもよいし、あるいは、ｉ＋１期分遡った中間位置姿勢を経由した距離がｉ期分遡った中間位置姿勢を経由した距離より増加した場合には遡るのを止める。また、計算する距離は、作業空間における各中間位置姿勢になった場合のロボットの先端座標間の距離である。また、データベース４に記憶されている中間位置姿勢間の距離については、計算によって求めてもよいし、あるいは、動作経路を記憶する際に中間位置姿勢間の距離もデータベース４に記憶し、データベース４から読み出すようにしてもよい。

図４に示す例を用いて、具体的に説明する。最終位置姿勢をＧ２、現時点の中間位置姿勢（中間目標位置姿勢）をＧ１、現時点の中間位置姿勢から遡ることができる中間位置姿勢をＳ１，Ｓ２とする。また、Ｇ１とＧ２間の距離をＬ１、Ｇ１とＳ２間の距離をＬ２、Ｓ２とＧ２間の距離をＬ３、Ｓ２とＳ１間の距離をＬ４とし、Ｓ１とＧ２間の距離をＬ５とする。Ｌ１＋Ａ＜Ｌ２＋Ｌ３の場合、再利用可能な動作経路は無し。Ｌ１＋Ａ＞Ｌ２＋Ｌ３の場合、再利用可能な動作経路は中間位置姿勢Ｓ２，Ｇ１間の動作経路であり、記憶されている動作経路を利用して、その逆方向に動作させる動作経路を作成する。この際、Ｌ２＋Ｌ３＜Ｌ２＋Ｌ４＋Ｌ５となるので、遡るのは中間位置姿勢Ｓ２までとする。

なお、現時点の中間位置姿勢から中間位置姿勢（動作の期）毎に遡るのでなく、経由位置姿勢（動作の単位）毎に遡り、上記の同様の手法により、経由位置姿勢単位で距離比較するようにしてもよい。この場合、再利用可能な動作経路として、現時点の中間位置姿勢から遡った経由位置姿勢までの動作経路が用いられる。

経路出力部８は、中間位置姿勢作成部５で作成した動作経路を出力する手段である。経路出力部８は、例えば、モニタ、プリンタ、ロボットを動作させる制御部との通信を行う通信装置である。また、経路出力部８は、ロボットを動作させる制御部としての機能を有する場合、動作経路における各位置姿勢のコンフィグレーション空間の座標系（各関節の角度）に従ってロボットの各関節のアクチュエータを駆動制御する。

図１を参照して、経路作成装置１の動作を図５のフローチャートに沿って説明する。図５は、本実施の形態に係る経路作成装置における動作の流れを示すフローチャートである。

まず、オペレータによって、目標位置姿勢入力部２から初期位置姿勢、最終位置姿勢が入力される（Ｓ１）。最初、データベース４には動作経路が格納されていないので、中間位置姿勢作成部５では、初期位置姿勢からの最終位置姿勢に至るための１期目の中間位置姿勢を作成する（Ｓ２）。

新たな中間位置姿勢が作成されると、環境認識処理部３では、ロボットの周辺の障害物の認識処理を行い、障害物情報を取得する（Ｓ３）。新たな障害物情報を取得できた場合、環境認識処理部３では、データベース４に障害物情報を格納する（Ｓ４）。そして、干渉確認部６では、データベース４に格納されているロボットに関する情報と障害物に関する情報を参照し、新たに作成された中間位置姿勢となった場合のロボットが障害物に干渉するか否かを確認する（Ｓ５）。Ｓ５にて干渉することが確認された場合、Ｓ２に戻って、中間位置姿勢作成部５では、再度、これまで作成した中間位置姿勢と異なる中間位置姿勢を作成する（Ｓ２）。

Ｓ５にて干渉しないことが確認された場合、中間位置姿勢作成部５では、初期位置姿勢又は前回作成した中間位置姿勢から今回作成した中間位置姿勢までの動作経路を作成し、その作成した動作経路をデータベース４に格納する（Ｓ６）。

既に、データベース４に干渉確認済みの動作経路が格納されているので、中間位置姿勢作成部５では、再利用経路検索部７に対してデータベース４に再利用可能な動作経路の検索を指示する（Ｓ７）。この指示に応じて、再利用経路検索部７では、現時点の中間位置姿勢から最終位置姿勢までの距離に距離閾値を加算した距離と現時点の中間位置姿勢からデータベース４に格納されている中間位置姿勢を経由した最終位置姿勢までの距離とを比較することにより、データベース４に格納されている動作経路の中に再利用可能な動作経路があるか否かを判定する（Ｓ８）。

Ｓ８にて再利用可能な動作経路がないと判定した場合、Ｓ２に戻り、上記と同様に、次の期の中間位置姿勢を作成し、障害物を回避する次の期までの動作経路を作成する。一方、Ｓ８にて再利用可能な動作経路があると判定した場合、中間位置姿勢作成部５では、データベース４の再利用可能な動作経路を参照し、動作経路を作成する（Ｓ９）。このように、データベース４に格納されている動作経路を利用することにより、障害物との干渉確認を行うことなく、障害物を回避する動作経路を得ることができる。

そして、中間位置姿勢作成部５では、作成した動作経路が最終位置姿勢まで到達したか否かを判定する（Ｓ１０）。Ｓ１０にて到達していないと判定した場合、Ｓ２に戻る。一方、Ｓ１０にて到達していると判定した場合、経路出力部８では、障害物を回避する最終位置姿勢までの動作経路を出力する（Ｓ１１）。

この経路作成装置１によれば、データベース４に干渉確認済みの動作経路を格納し、その動作経路を再利用することにより、その利用した部分についての障害物との干渉確認を行う必要がなくなり、干渉確認の回数を低減できる。その結果、計算処理を高速化でき、ロボットの動作経路を高効率に作成することができる。さらに、最終位置姿勢に最も近い中間位置姿勢を検索することができるとともに、動作距離の短い動作経路を求めることができ、ロボットを効率的に動作させることができる。また、この経路作成装置１によれば、過去に作成された動作経路を再利用するので、その利用した部分については中間位置姿勢を確率的な方法で探索する必要がなく、動作経路の作成に再現性がある。したがって、障害物の配置が同じあれば、動作経路を作成する毎に同じ動作経路を作成することができる。

ちなみに、ロボットは、通常、特定のパターンの作業を行わせるので、同一の移動や姿勢をさせることが多く、また、一度行った動作の逆方向の動作を行わせることも多い。さらに、一度行った動作についての動作経路は障害物を回避することが保証されており、また、その逆動作も障害物を回避することが保証されている。したがって、新たな最終位置姿勢を設定した場合でも、再利用が可能な動作経路は数多く存在し、計算量を大幅に低減できる。

また、経路作成装置１によれば、距離情報に基づく大小比較により、簡単に、データベース４に格納されている動作経路が再利用可能か否かを判定することができる。さらに、経路作成装置１によれば、データベース４に格納されている中間位置姿勢（又は経由位置姿勢）を順次遡り、再利用可能な動作経路を検索することにより、最終位置姿勢に最も近い中間位置姿勢（又は経由位置姿勢）を検索することができる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では多数の関節を有し、関節間がリンクで連結され、各関節の回転動作によって多数の自由度を持つロボットに適用したが、関節が伸縮動作などの他の動作を行うものでも適用可能であり、ロボット全体が移動するものでも適用可能であり、あるいは、関節を持たない単純な移動体にも適用可能である。移動体の場合、作成する経路としては移動経路となる。

また、本実施の形態では位置姿勢間の距離情報を比較することによって記憶されている動作経路が再利用可能か否かを判定する構成としたが、位置姿勢間の時間情報を比較することによって記憶されている動作経路が再利用可能か否かを判定する構成としてもよい。

また、本実施の形態では現時点の中間位置姿勢から最終位置姿勢までの距離に距離閾値を加算した距離と現時点の中間位置姿勢から作成済みの中間位置姿勢を経由した最終位置姿勢までの距離とを比較することによって作成済みの動作経路が再利用可能か否かを判定する構成としたが、現時点の中間位置姿勢から最終位置姿勢までの直接の距離情報と作成済みの中間位置姿勢を経由した距離情報とに基づいて、他の手法によって作成済みの動作経路が再利用可能か否かを判定する構成としてもよい。

また、本実施の形態では動作経路を作成する毎にデータベースに格納する構成としたが、予め作成した動作経路をデータベースに予め格納しておく構成としてもよい。

本実施の形態に係る経路作成装置の構成図である。 本実施の形態で適用されるロボットの一例である。 本実施の形態で適用されるロボットの他の例である。 本実施の形態に適用されるロボットの作業空間における初期位置姿勢、最終位置姿勢、中間位置姿勢及び経由位置姿勢の一例である。 本実施の形態に係る経路作成装置における動作の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…経路作成装置、２…目標位置姿勢入力部、３…環境認識処理部、４…データベース、４ａ…ロボット情報記憶部、４ｂ…環境情報記憶部、４ｃ…経路記憶部、５…中間位置姿勢作成部、６…干渉確認部、７…再利用経路検索部、８…経路出力部

Claims (4)

1. 障害物を回避するロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成装置であって、
   過去に作成した位置姿勢間の障害物との干渉確認済みの動作経路を記憶する記憶手段と、
   目標位置姿勢が設定された場合、前記記憶手段に記憶されている動作経路の中から利用可能な動作経路があるか否かを検索する検索手段と、
   前記検索手段で利用可能な動作経路を検索できた場合、当該検索できた動作経路を使用してロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成手段と
   を備え、
   前記検索手段は、目標位置姿勢が設定された場合、第１の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離に所定の閾値を加算した距離と、前記記憶手段に記憶されている第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離とを比較し、第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離が短い場合には第１の位置姿勢から第２の位置姿勢までの動作経路を利用可能な動作経路とすることを特徴とする経路作成装置。
2. 位置姿勢間の距離は、作業空間における各位置姿勢になった場合のロボットの先端座標間の距離であることを特徴とする請求項１に記載する経路作成装置。
3. 障害物を回避するロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成方法であって、
   目標位置姿勢が設定された場合、記憶手段に記憶されている過去に作成された位置姿勢間の障害物との干渉確認済みの動作経路の中から利用可能な動作経路があるか否かを検索する検索ステップと、
   前記検索ステップで利用可能な動作経路を検索できた場合、当該検索できた動作経路を使用してロボットの目標位置姿勢までの動作経路を作成する経路作成ステップと
   を含み、
   前記検索ステップでは、目標位置姿勢が設定された場合、第１の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離に所定の閾値を加算した距離と、前記記憶手段に記憶されている第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離とを比較し、第１の位置姿勢から遡った第２の位置姿勢までの各位置姿勢間の距離に第２の位置姿勢から目標位置姿勢までの距離を加算した距離が短い場合には第１の位置姿勢から第２の位置姿勢までの動作経路を利用可能な動作経路とすることを特徴とする経路作成方法。
4. 位置姿勢間の距離は、作業空間における各位置姿勢になった場合のロボットの先端座標間の距離であることを特徴とする請求項３に記載する経路作成方法。

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