JP6895539B2 - 構築可能性分析に基づくプロジェクトの計画および適応 - Google Patents
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Description
[0025] 本明細書で開示するのは、製品を構築するためのタスクのシーケンスを自動化し得るシステムである。本システムによって構築されている製品は別個の製品であり得るか、またはさらに大きい製品もしくは構造の部分である製品であり得る。製品はユーザーによって設計され得、ユーザーは製品に関する制約も指定し得る。指定された制約は製品の機能的および/または非機能的特徴に関する制約であり得る。制約は、製品を構築するプロセスに関する性能制約でもあり得る。具体的には、製品を構築するために、本システムは、制約を満足する製品のモデルを決定し得る。次いで、本システムは、そのモデルに従って製品を構築するために実行され得るタスクのシーケンスを決定し得る。
A.作業現場座標フレーム例
[0037] 図1は、実施形態例に従った、作業現場座標フレーム100を示す。作業現場座標フレーム100は、物体、マシン、および恐らくは人間がその中に配置され得る物理的環境の一部を定義し得る。作業現場座標フレーム100は、3次元の形をとり得、様々な目的のために使用され得る。例えば、作業現場座標フレーム100は、建物または別のプロジェクトの建設が実施されているか、実施間近である建設現場に対して定義され得る。そのため、作業現場座標フレーム100は、物理的な建築プロセスが物理的世界内で計画されているか、または生じている物理的な段階または複数の段階を含み得る。
[0049] 図2は、本明細書で説明する実施形態に関連して使用できるロボット制御システム200の構成例を示す。ロボット制御システム200は、自律的に、半自律的に、および/またはユーザー(複数可)によって提供された指示を使用して、動作するように構成され得る。ロボット制御システム200は、例えば、建設現場、生産現場、製造現場、検査または品質管理場所などの、作業現場の管理に対して責任を負い得る。例えば、建設または製造の作業現場では、ロボット制御システム200は、建設の調整または製品(「出力製品」とも区別しないで呼ばれる)の製造に対して責任を負い得る。具体的には、かかるロボット制御システムは、1つ以上のロボット装置を制御して製品を構築し得、また1つ以上のセンサーを使用して環境を監視し得る。
[0071] 実施形態例は、他のタイプの作業現場の中でとりわけ、製造、製作、および建設作業現場における作業現場オートメーションのためのシステムおよびプロセスを提供し得る。作業現場オートメーションは、作業現場における製品の設計および/または構築のプロセスの自動化を伴い得る。具体的には、作業現場オートメーションシステムは、製品に対するモデルを決定し得、次いで、そのモデルに従って製品を構築するために実行され得るタスクのシーケンスを生成し得る。そしてタスクのシーケンスは、作業現場内に配置される利用可能なアクターによって実行され得る。タスクを実行する場合、アクターは、作業現場内に、または作業現場近くに配置された利用可能な資源を利用し得る。一例では、タスクはロボット装置によって実行され得、従って、製品は、一部または完全に、ロボット装置によって構築され得る。
[0075] 図4は、例示的な実施形態例に従って、製品を構築するフェーズ300の各々と関連付けられているプロセスを示す。図4に例示するように、設計フェーズ302の第1のプロセス402では、本システムは、製品に対するモデルを決定するように構成され得る。出力製品のモデルは、製品の2次元(2D)または3次元(3D)表現であり得る。一般に、モデルは、製品の物理的な構造がどのように構成され、一旦、本システムによって構築されると製品がどのように機能するかを示し得る。モデルは、製品を構築するために使用される材料および部品の特性など、製品の他の特徴も示し得る。
[0106] 一旦、タスクがアクターに割り当てられると、本システムは、タスクのシーケンスをシミュレートし得る。このステップでは、本システムは、作業現場内でタスクのシーケンスの1つ以上のタスクを実行するための資源を利用してアクターをシミュレートし得る。本シミュレーションは、作業現場内のロボット装置がタスクを作業順序によって指定された順序でどのように実行し得るかを示し得る。いくつかの例では、シミュレーションは、ロボット装置が作業現場内でタスクを実行し得るのと同じ速度で実行され得る。他の例では、シミュレーションは、もっと速い速度で実行され得る。さらに、いくつかの例では、シミュレーションの表現は、コンピューティング装置のディスプレイ上に表示され得る。追加および/または代替として、シミュレーションは将来の分析のために記録され得る。
[0110] 構築フェーズ416で、本システムは、作業現場内のアクターに選択されたタスクのシーケンスを実行させることにより、選択されたモデルを作業現場内で実装し得る。タスクのシーケンスのステップを実行するために、本システムは、割り当てられたタスクをアクターに実行させる命令をアクターに送信し得る。例えば、タスクに対する命令は、ロボット装置がそのタスクを実行するようにスケジュールされている場合、ロボット装置に送信され得る。別の例では、本システムは、命令を人間の作業員にコンピューティング装置を介して送信し得、作業員はそのコンピューティング装置を本システムとやり取りするために使用している。
[0127] 図11は、実施形態例に従った、ロボット装置を例示する。具体的には、ロボット装置1100は、1つ以上の異なるツール、グリッパ、またはガイドを装備可能な端部エフェクタ1104をもつロボットアーム1102を含み得る。ロボットアーム1102は、図11にA1〜A6として示されている、6つの自由度に沿った動きが可能であり得る。ある例では、ロボット装置1100は、左右の動きを可能にする図示されていないレールに沿ってなど、1つ以上の軸A0に沿った動きがさらに可能であり得る。ある実施形態では、端部エフェクタ1104を特定の位置に位置付けるために命令が与えられ得、A1〜A6に沿ったロボットアーム1104および/または1つ以上の軸A0に沿ったロボット装置アクター1100の位置が、関連コントローラのプロセスによって計算され得る。代替実施形態では、ロボット装置1100および/またはロボットアーム1102の位置制御は、別々の、個々の設定および制御コマンドを必要とし得る。もっと少ない自由度で動作するロボット装置がいくつかの例では、同様に、または代わりに使用され得る。
[0134] 図13は、1つ以上のプロセッサ1302、データ記憶1304、プログラム命令1306、電源(複数可)1308、センサー1310、ディスプレイ1312、およびインプットメソッドエディタ(IME)1314を含むコンピューティング装置例1300の構成要素を示すブロック図である。コンピューティング装置1300は例示目的のみで示されており、コンピューティング装置1300は、本開示の範囲から逸脱することなく、追加の構成要素を含み得、かつ/または1つ以上の構成要素が除去され得ることに留意されたい。さらに、コンピューティング装置1300の様々な構成要素は任意の方法で配置されて接続され得ることに留意されたい。
A.直列化
[0140] 例では、システムによって生成される様々なデータが直列化されてシステムのデータ記憶(例えば、図13のデータ記憶1304)内に格納され得る。例えば、本システムは、本システムによって生成される他のデータの中でとりわけ、製品モデル、可能なタスクシーケンスを生成するために使用されるツリー、作業現場のワールドマップを直列化できる。具体的には、データを直列化すると、本システムが製品の構築を一時中断し、その後再開するのを可能にし得る。例えば、構築プロセスは、一旦作業時間が終わると一時中断され得、作業時間の開始時に再開され得る。一旦、構築プロセスが再開されると、本システムはデータの最後のインスタンス(例えば、最後のモデル、ツリー構造、ワールドマップなど)を取得し得る。次いで、本システムは、システムが一時中断されていた間に生じた可能性がある変更を吸収するためにデータを更新し得る。一旦、データが更新されると、本システムは、構築可能性分析を実行して、モデルおよび/またはタスクのシーケンスの最後のインスタンスが依然として使用できるかどうかを判断し得る。
[0141] 前述した例に加えて、本システムは、特定の製品がどのように定義されるかを学習するために、機械学習、統計的分析、および/または他の分析技術を使用し得る。具体的には、本システムは、椅子の3Dモデルを、例えば、オンラインカタログまたは他のソースから取り込むことにより、特定の製品が何であるかを学習し得る。次いで、本システムは、椅子および/またはその構成要素の機能的特性を学習し得る。例えば、本システムは、製品の特性のセットなどの、データを分析し得る。例えば、特性のセットは、他の特性の中でとりわけ、色、マーク、視覚的パターン、および表面仕上げ/テクスチャなどの、美的特性を示し得る。追加または代替として、特性のセットは、他の特性の中でとりわけ、曲げ強度、脆性、体積弾性率、摩擦係数、圧縮強度、クリープ、弾性、疲労強度、可撓性、破壊靱性、硬度、可塑性、弾力性、せん断強度、剛性、応力/歪特性、表面粗さ、引張強度、靱性、粘性、降伏強度、および重量などの、機械的特性を示し得る。追加および/または代替として、特性のセットは、例えば、形状、サイズ、配向、角度などの、幾何形状特性を示し得る。
[0144] 本開示は、本出願で説明する特定の実施形態に関して制限されるものではなく、様々な態様の例示を意図する。当業者には明らかであるように、多くの修正および変形が、その精神および範囲から逸脱することなく行われ得る。本開示の範囲内の機能的に同等な方法および装置が、本明細書で列挙するものに加えて、前述から当業者には明らかであろう。かかる修正および変形は、添付のクレームの範囲に含まれることを意図する。
Claims (19)
- 製品を前記製品に対するモデルに従って構築するために使用される、構築プロセスの性能に関する制約である性能制約を指定するデータを受信するステップと、
前記製品を構築するための前記構築プロセスの構築前フェーズ中に、前記モデルに従って前記製品を構築するための第1のタスクのシーケンスであって、前記性能制約を満足し得る第1のタスクのシーケンスを生成するステップと、
構築フェーズ中に、1つ以上のロボット装置に、前記第1のタスクのシーケンスの実行を開始することによって前記製品を構築させるステップと、
前記第1のタスクのシーケンスの前記実行中に、構築可能性分析を実行し、前記性能制約を考慮すると、前記製品の構築済み部分に対して前記第1のタスクのシーケンスの残りのタスクを実行することによる前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではない程度まで、前記1つ以上の逸脱が生じていると判断するステップと、
前記性能制約を考慮すると、前記構築済み部分に対して前記第1のタスクのシーケンスの前記残りのタスクを実行することによる前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではない程度まで、前記1つ以上の逸脱が生じていると判断するステップに応答して、前記構築済み部分に基づいた前記製品の新しいモデル、および異なる第2のタスクのシーケンスを生成するステップであって、前記第2のタスクのシーケンスは、前記第1のタスクのシーケンスに含まれていない1つ以上のタスクを含み、前記構築済み部分からの前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではないと判断される程度まで蓄積した前記1つ以上の逸脱の存在にもかかわらず、前記新しいモデルに従って前記構築済み部分から前記製品を構築可能にするようシミュレーションされる、ステップと、
前記1つ以上のロボット装置に、前記第2のタスクのシーケンスを実行することにより前記新しいモデルに従って前記構築済み部分から前記製品を構築させるステップであって、前記第2のタスクのシーケンスが、前記第1のタスクのシーケンスに含まれていない前記1つ以上のタスクを含む、ステップとを含む、コンピュータ実装方法。 - 前記第1のタスクのシーケンスを生成するステップは、
ツリー構造のルートノードと最終ノードとの間のノードのシーケンスを選択するステップを含み、前記ルートノードと前記最終ノードとの間の各前記ノードは前記第1のタスクのそれぞれ1つと関連付けられる、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。 - 前記第2のタスクのシーケンスを生成するステップは、
(i)前記第1のタスクのシーケンスの最後に実行されたタスク、および(ii)前記最後に実行されたタスクと関連付けられた最後に実行されたノードを判断するステップと、
前記最後に実行されたノードを、前記第2のタスクのシーケンスのルートノードである第2のルートノードとして指定するステップと、
前記第2のタスクのシーケンスに対応する第2のノードのシーケンスとして、前記第2のルートノードと第2の最終ノードとの間のノードのシーケンスに対応するタスクのシーケンスを、前記第2のタスクのシーケンスが前記性能制約を満足するように選択するステップとを含む、請求項2に記載のコンピュータ実装方法。 - 前記指定された性能制約は、前記構築プロセスを使用して前記製品が構築されるべき最大時間を含み、
前記製品がもはや構築可能ではないと判断するステップは、前記第1のタスクのシーケンスの前記残りのタスクの実行によって、前記構築プロセスを使用した前記製品の構築のための時間が前記最大時間を超えると判断するステップを含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。 - 前記製品は作業現場で構築され、かつ、
前記方法は、
前記作業現場のマップを生成するステップをさらに含み、前記作業現場の前記マップは、前記作業現場内で前記製品を構築するために利用可能な1つ以上の資源の記述および前記製品の構築された部分の記述を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。 - 前記第1のタスクのシーケンスの構築可能性分析を実行するステップは、
前記作業現場の前記マップを分析するステップと、
前記分析に基づいて、まだ実行されていない前記第1のタスクのシーケンスのタスクを実行することは実現可能ではないと判断するステップとを含む、請求項5に記載のコンピュータ実装方法。 - 前記作業現場の前記マップを分析するステップは、
前記ロボット装置が前記第1のタスクのシーケンスのタスクを実行するのを妨げる前記作業現場内の障害物を検出するステップ、および、前記ロボット装置が前記第1のタスクのシーケンスのタスクを実行するのを妨げる前記ロボット装置の幾何形状を検出するステップのうちの少なくとも1つを含む、請求項6に記載のコンピュータ実装方法。 - 前記方法は、
前記構築前フェーズ中に、前記第1のタスクのシーケンスを実行する前記1つ以上のロボット装置のシミュレーションを実行するステップと、
前記シミュレーション中に、前記第1のタスクのシーケンスのシミュレーション構築可能性分析を実行して、前記作業現場内で前記製品を構築するために利用可能な資源を使用した前記第1のタスクのシーケンスの実行の実現可能性を判断するステップと、
前記分析に基づいて、新しいタスクのシーケンスを生成することを決定するステップとをさらに含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。 - 前記第2のタスクのシーケンスの前記実行中に、構築可能性分析を実行して、前記第2のタスクのシーケンスを実行することによって前記新しいモデルに従って前記製品を仕上げる実現可能性を判断するステップと、
前記分析に基づいて、前記第2のタスクのシーケンスを実行することによって前記新しいモデルに従って前記製品を仕上げることは実現可能ではないと判断するステップと、
それに応答して、前記新しいモデルに従って前記製品を仕上げるための第3のタスクのシーケンスを生成するステップであって、前記第3のタスクのシーケンスは、前記第2のタスクのシーケンスとは異なる、ステップと、
前記1つ以上のロボット装置に、前記第3のタスクのシーケンスの実行を開始することにより前記製品の構築を継続させるステップとをさらに含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。 - 命令を格納する1つ以上の持続性コンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令は、1つ以上のプロセッサによって実行されると、動作の実行を生じさせ、前記動作は、
製品を前記製品に対するモデルに従って構築するために使用される、構築プロセスの性能に関する制約である性能制約を指定するデータを受信するステップと、
前記製品を構築するための前記構築プロセスの構築前フェーズ中に、前記モデルに従って前記製品を構築するための第1のタスクのシーケンスであって、前記性能制約を満足し得る第1のタスクのシーケンスを生成するステップと、
構築フェーズ中に、1つ以上のロボット装置に、前記第1のタスクのシーケンスの実行を開始することによって前記製品を構築させるステップと、
前記第1のタスクのシーケンスの前記実行中に、構築可能性分析を実行し、前記性能制約を考慮すると、前記製品の構築済み部分に対して前記第1のタスクのシーケンスの前記残りのタスクを実行することによる前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではない程度まで、前記1つ以上の逸脱が生じていると判断するステップと、
前記性能制約を考慮すると、前記構築済み部分に対して前記第1のタスクのシーケンスの前記残りのタスクを実行することによる前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではない程度まで、前記1つ以上の逸脱が生じていると判断するステップに応答して、前記構築済み部分に基づいた前記製品の新しいモデル、および異なる第2のタスクのシーケンスを生成するステップであって、前記第2のタスクのシーケンスは、前記第1のタスクのシーケンスに含まれていない1つ以上のタスクを含み、前記構築済み部分からの前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではないと判断される程度まで蓄積した前記1つ以上の逸脱の存在にもかかわらず、前記新しいモデルに従って前記構築済み部分から前記製品を構築可能にするようシミュレーションされる、ステップと、
前記1つ以上のロボット装置に、前記第2のタスクのシーケンスを実行することにより前記新しいモデルに従って前記構築済み部分から前記製品を構築させるステップであって、前記第2のタスクのシーケンスが、前記第1のタスクのシーケンスに含まれていない前記1つ以上のタスクを含む、ステップとを含む、媒体。 - 前記第1のタスクのシーケンスを生成するステップは、
ツリー構造のルートノードと最終ノードとの間のノードのシーケンスを選択するステップを含み、前記ルートノードと前記最終ノードとの間の各前記ノードは前記第1のタスクのそれぞれ1つと関連付けられる、請求項10に記載の媒体。 - 前記第2のタスクのシーケンスを生成するステップは、
(i)前記第1のタスクのシーケンスの最後に実行されたタスク、および(ii)前記最後に実行されたタスクと関連付けられた最後に実行されたノードを判断するステップと、
前記最後に実行されたノードを、前記第2のタスクのシーケンスのルートノードである第2のルートノードとして指定するステップと、
前記第2のタスクのシーケンスに対応する第2のノードのシーケンスとして、前記第2のルートノードと第2の最終ノードとの間のノードのシーケンスに対応するタスクのシーケンスを、前記第2のタスクのシーケンスが前記性能制約を満足するように選択するステップとを含む、請求項11に記載の媒体。 - 前記指定された性能制約は、前記構築プロセスを使用して前記製品が構築されるべき最大時間を含み、
前記製品がもはや構築可能ではないと判断するステップは、前記第1のタスクのシーケンスの前記残りのタスクの実行によって、前記構築プロセスを使用した前記製品の構築のための時間が前記最大時間を超えると判断するステップを含む、請求項10に記載の媒体。 - 前記製品は作業現場で構築され、かつ、
前記方法は、
前記作業現場のマップを生成するステップをさらに含み、前記作業現場の前記マップは、前記作業現場内で前記製品を構築するために利用可能な1つ以上の資源の記述および前記製品の構築された部分の記述を含む、請求項10に記載の媒体。 - 前記第1のタスクのシーケンスの構築可能性分析を実行するステップは、
前記作業現場の前記マップを分析するステップと、
前記分析に基づいて、まだ実行されていない前記第1のタスクのシーケンスのタスクを実行することは実現可能ではないと判断するステップとを含む、請求項14に記載の媒体。 - 前記作業現場の前記マップを分析するステップは、
ロボット装置が前記第1のタスクのシーケンスのタスクを実行するのを妨げる前記作業現場内の障害物を検出するステップ、および、前記ロボット装置が前記第1のタスクのシーケンスのタスクを実行するのを妨げる前記ロボット装置の幾何形状を検出するステップのうちの少なくとも1つを含む、請求項15に記載の媒体。 - 前記動作は、
前記構築前フェーズ中に、前記第1のタスクのシーケンスを実行している前記1つ以上のロボット装置をシミュレーションするステップと、
前記シミュレーション中に、前記第1のタスクのシーケンスのシミュレーション構築可能性分析を実行して、前記作業現場内で前記製品を構築するために利用可能な資源を使用した前記第1のタスクのシーケンスの実行の実現可能性を判断するステップと、
前記分析に基づいて、新しいタスクのシーケンスを生成することを決定するステップとをさらに含む、請求項10に記載の媒体。 - 前記動作は、
前記第2のタスクのシーケンスの前記実行中に、構築可能性分析を実行して、前記第2のタスクのシーケンスを実行することによって前記新しいモデルに従って前記製品を仕上げる実現可能性を判断するステップと、
前記分析に基づいて、前記第2のタスクのシーケンスを実行することによって前記新しいモデルに従って前記製品を仕上げることは実現可能ではないと判断するステップと、
それに応答して、前記新しいモデルに従って前記製品を仕上げるための第3のタスクのシーケンスを生成するステップであって、前記第3のタスクのシーケンスは、前記第2のタスクのシーケンスとは異なる、ステップと、
前記1つ以上のロボット装置に、前記第3のタスクのシーケンスの実行を開始することにより前記製品の構築を継続させるステップとをさらに含む、請求項10に記載の媒体。 - 1つ以上の処理デバイスと、
命令を格納する1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体とを備えたシステムであって、前記命令は、前記1つ以上の処理デバイスによって実行されると、動作の実行を生じさせ、前記動作は、
製品を前記製品に対するモデルに従って構築するために使用される、構築プロセスの性能に関する制約である性能制約を指定するデータを受信するステップと、
前記製品を構築するための前記構築プロセスの構築前フェーズ中に、前記モデルに従って前記製品を構築するための第1のタスクのシーケンスであって、前記性能制約を満足し得る第1のタスクのシーケンスを生成するステップと、
構築フェーズ中に、1つ以上のロボット装置に、前記第1のタスクのシーケンスの実行を開始することによって前記製品を構築させるステップと、
前記第1のタスクのシーケンスの前記実行中に、構築可能性分析を実行し、前記性能制約を考慮すると、前記製品の構築済み部分に対して前記第1のタスクのシーケンスの前記残りのタスクを実行することによる前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではない程度まで、前記1つ以上の逸脱が生じていると判断するステップと、
前記性能制約を考慮すると、前記構築済み部分に対して前記第1のタスクのシーケンスの前記残りのタスクを実行することによる前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではない程度まで、前記1つ以上の逸脱が生じていると判断するステップに応答して、前記構築済み部分に基づいた前記製品の新しいモデル、および異なる第2のタスクのシーケンスを生成するステップであって、前記第2のタスクのシーケンスは、前記第1のタスクのシーケンスに含まれていない1つ以上のタスクを含み、前記構築済み部分からの前記モデルに従った前記製品の構築がもはや可能ではないと判断される程度まで蓄積した前記1つ以上の逸脱の存在にもかかわらず、前記新しいモデルに従って前記構築済み部分から前記製品を構築可能にするようシミュレーションされる、ステップと、
前記1つ以上のロボット装置に、前記第2のタスクのシーケンスを実行することにより前記新しいモデルに従って前記構築済み製品から前記製品を構築させるステップであって、前記第2のタスクのシーケンスが、前記第1のタスクのシーケンスに含まれていない前記1つ以上のタスクを含む、構築させるステップとを含む、システム。
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