JP7065802B2 - 軌道生成装置、軌道生成方法、プログラム、及びロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、軌道生成装置、軌道生成方法、プログラム、及びロボットシステムに関する。

ロボットのアームに装着されている吸着ノズルを用いて物体を搬送する場合、物体を吸着ノズルによって損傷しないように吸着ノズルの速度を制御する必要がある。

特許文献１には「部品を吸着して基板に実装する部品吸着ノズルと、前記部品吸着ノズルを動作させるノズル駆動手段と、前記ノズル駆動手段を制御するノズル駆動制御手段とを備え、前記ノズル駆動制御手段は、実装高さよりも高い高さである第１の高さまで第１の速度で前記部品吸着ノズルを下降させ、前記第１の高さから前記実装高さまでは前記第１の速度よりも遅い第２の速度で前記部品吸着ノズルを下降させて前記基板に前記部品を実装させ、前記ノズル駆動制御手段は、前記部品の実装対象となる基板の種類に応じて前記第１の高さを変更する、部品実装装置。」と記載されている。

特開２０１７－２２０５３８号公報

特許文献１に記載の部品実装装置では、部品吸着ノズルが部品に接触するときの衝撃を和らげることができる。しかしながら、低速でのアプローチ距離が短いと部品の高さが変わった場合に，高速で吸着ノズルが部品に接触するため、部品吸着ノズルが部品を損傷してしまう可能性がある。また、該部品実装装置では、部品吸着ノズルの移動に要する時間を短縮することについては考慮されていない。

また、上述したロボットに対する従来の制御では、吸着ノズルを物体に押し付けた後、吸着ノズルの吸引圧力が上がるまでの十分な時間だけ吸着ノズルを停止させている。この停止時間は、吸着ノズルによって物体を吸着して搬送するまでの一連の物体吸着作業に要する時間が長くなる要因になっている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、一連の物体吸着作業に要する時間を短縮できるようにすることを目的とする。

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。

上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係る軌道生成装置は、物体を搬送するためのロボットの軌道を生成する軌道生成装置であって、前記ロボットが有する吸着ノズルと前記物体とが接触するときの前記吸着ノズルの基準点の位置となる第１経由点の座標、前記第１経由点における前記吸着ノズルの速度、加速度、及び加加速度を少なくとも含む経路条件情報を取得する経路条件取得部と、前記経路条件情報に基づき、前記吸着ノズルを前記物体に押し込んだときの前記基準点の位置となる第２経由点の座標を算出する加圧距離・座標算出部と、前記経路条件情報を満たし、所定の始点から前記第１経由点、及び前記第２経由点を経由して終点に至る前記吸着ノズルの軌道を生成する軌道生成部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、一連の物体吸着作業に要する時間を短縮することが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るロボットシステムの構成例を示す図である。 図２は、ロボットの吸着ノズルの動きの概要を説明するための図である。 図３は、軌道生成装置の構成例を示す機能ブロック図である。 図４は、経路条件情報の一例を示す図である。 図５は、吸引条件情報の一例を示す図である。 図６は、ロボット形状情報の一例を示す図である。 図７は、上限値情報の一例を示す図である。 図８（Ａ）～（Ｄ）は、吸着ノズルが第１経由点から第２経由点まで移動する軌道の一例を説明するための図であり、図８（Ａ）は吸着ノズルのｘ座標、図８（Ｂ）は吸着ノズルの速度、図８（Ｃ）は吸着ノズルの加速度、図８（Ｄ）は吸着ノズルの加加速度の時系列変化を表す図である。 図９（Ａ）～（Ｄ）は、吸着ノズルが第２経由点から第３経由点まで移動する軌道の一例を説明するための図であり、図９（Ａ）は吸着ノズルのｘ座標、図９（Ｂ）は吸着ノズルの速度、図９（Ｃ）は吸着ノズルの加速度、図９（Ｄ）は吸着ノズルの加加速度の時系列変化を表す図である。 図１０は、軌道生成装置による軌道生成処理の一例を説明するフローチャートである。 図１１は、押込み時の経路条件再算出処理の一例を説明するフローチャートである。 図１２は、引上げ時の経路条件再算出処理の一例を説明するフローチャートである。 図１３は、停止時間算出処理の一例を説明するフローチャートである。 図１４は、出力画面の表示例を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、「Ａからなる」、「Ａより成る」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含むものとする。

＜本発明の一実施の形態に係るロボットシステム１０の構成例＞
図１は、本発明の一実施の形態に係るロボットシステム１０の構成例を示している。

該ロボットシステム１０は、ロボット１、軌道生成装置１１、作業指示装置１２、撮像装置１３、及び制御装置１４を備える。なお、軌道生成装置１１、作業指示装置１２、及び制御装置１４については、ロボット１の位置に関係なく、任意の位置に配置することができる。例えば、軌道生成装置１１を、所謂、クラウドサーバ上に配置してもよい。また、例えば、軌道生成装置１１の機能を作業指示装置１２または制御装置１４に組み込んでも良い。

ロボット１は、例えば多関節型ロボットであり、複数の関節によって接続された複数のリンクからなるアーム２と、吸着ノズル３とを備える。なお、ロボット１の関節及びリンクの数、各リンクのリンク長さ及び可動範囲については、後述するロボット形状情報１１２３（図６）に記録されている。

吸着ノズル３は、複数のリンクを接続したアーム２の先端に装着されている。吸着ノズル３は、吸着する方向に伸縮可能な吸着面を有しており、吸着面の吸引圧力を上げることによって物体４を吸着させることができる。

図２は、ロボット１の吸着ノズル３の動きの概要を説明するための図である。

ロボット１は、吸着ノズル３の先端を、所定の始点から載置台５に置かれた物体４の上面に想定した接触点Ｐ１まで移動させる。次に、ロボット１は、吸着ノズル３による吸引を開始しながら吸着ノズル３を停止点Ｐ２まで押し込んで物体４を吸着ノズル３に吸着させる。最後に、ロボット１は、吸着ノズル３を引上げ点Ｐ３まで引き上げてから所定の位置まで搬送する。なお、接触点Ｐ１においては吸着ノズル３を停止せず、始点から停止点Ｐ２まで連続的に減速させる。また、引上げ点Ｐ３においても吸着ノズル３を停止せず、停止点Ｐ２から所定の速度まで連続的に加速させる。

ここで、接触点Ｐ１は、吸着ノズル３が物体４に接触するときの吸着ノズル３に設定されている基準点（例えば、吸着面の中心）の座標である。以下、接触点Ｐ１を第１経由点Ｐ１と称する。吸着ノズル３の軌道は、第１経由点Ｐ１における吸着ノズル３の速度ベクトルがＶ_１、加速度ベクトルがＡ_１となるように軌道生成装置１１によって決定される。

停止点Ｐ２は、例えば吸着ノズル３を物体４に押し込んだときの吸着ノズル３に設定されている基準点の座標である。ただし、吸着ノズル３が物体４に吸着する際には、吸着ノズル３が縮むことになるので、その場合、停止点Ｐ２は、実際の基準点の位置ではなく、吸着ノズル３が縮まず、図面下方向に移動したと仮定したときの基準点の位置を採用するようにする。以下、停止点Ｐ２を第２経由点Ｐ２と称する。吸着ノズル３は、第２経由点Ｐ２において速度及び加速度が０となる。

引上げ点Ｐ３は、吸着ノズル３によって吸着された物体４の引上げが開始されるときの吸着ノズル３に設定されている基準点の座標である。以下、引上げ点Ｐ３を第３経由点Ｐ３と称する。第３経由点Ｐ３は、第１経由点Ｐ１と同じ座標である。ただし、第３経由点Ｐ３を、第１経由点Ｐ１と異なる座標に設定してもよい。吸着ノズル３の軌道は、第３経由点Ｐ３における吸着ノズル３の速度ベクトル及び加速度ベクトルそれぞれが所定値Ｖ_３，Ａ_３となるように軌道生成装置１１によって決定される。

本実施の形態において、吸着ノズル３の座標・姿勢は、吸着ノズル３の所定の基準点のｘｙｚ座標（ｘ，ｙ，ｚ）及びｘｙｚ軸周りの回転角（φ，θ，ψ）を用いて表す。なお、吸着ノズル３の座標は、ロボットが有する全ての関節の回転角を用いて表すこともできる。

図１に戻る。軌道生成装置１１は、作業指示装置１２から取得する各種の条件に基づき、吸着ノズル３の軌道を生成して制御装置１４に出力する。なお、本実施の形態では、吸着ノズル３の軌道を、ロボット１の軌道とも称する。

作業指示装置１２は、ユーザからの入力に基づき、経路条件情報１１２１及び吸引条件情報１１２２（いずれも図３）を生成して、軌道生成装置１１に出力する。なお、経路条件情報１１２１には、例えば、ユーザから入力される第１経由点Ｐ１及び第３経由点Ｐ３それぞれの座標・姿勢、それぞれにおける吸着ノズル３の速度、加速度、加加速度等を含む経路条件情報や吸引条件情報等が含まれる。なお、加加速度は、加速度を時間方向に微分した値であり、躍度とも称される。また、本実施の形態において、速度、加速度、加加速度を表す大文字の英字（Ａ_１，Ｖ_１，Ｊ_１等）はベクトルであり、小文字の英字（ａ_１，ｖ_１，ｊ_１等）はスカラーである。

撮像装置１３は、物体４を画角に含むように撮像し、その結果得られる画像を作業指示装置１２に出力する。作業指示装置１２は、撮像装置１３から入力される画像に基づき、経路条件情報１１２１における第１経由点Ｐ１及び第３経由点Ｐ３の座標・姿勢等を設定するようにしてもよい。

制御装置１４は、軌道生成装置１１から入力される軌道情報に基づいてロボット１の動作を制御する。

＜軌道生成装置１１の構成例＞
次に、図３は、軌道生成装置１１を構成する機能ブロックの構成例を示している。

軌道生成装置１１は、例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ、ストレージ、通信インターフェース等を有するＰＣ（パーソナルコンピュータ）等のコンピュータからなる。軌道生成装置１１は、制御部１１１、記憶部１１２、入力部１１３、表示部１１４、及び通信部１１５を備える。

制御部１１１は、経路条件取得部１１１１、吸引条件取得部１１１２、経路条件再算出部１１１３、軌道生成部１１１４、加圧距離・座標算出部１１１５、加圧時間算出部１１１６、引上げ時間算出部１１１７、停止時間算出部１１１８、及び表示制御部１１１９の各機能ブロックを有する。制御部１１１の各機能ブロックは、ＰＣのＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。

経路条件取得部１１１１は、作業指示装置１２から経路条件情報１１２１を取得して記憶部１１２に格納する。吸引条件取得部１１１２は、作業指示装置１２から吸引条件情報１１２２を取得して記憶部１１２に格納する。

経路条件再算出部１１１３は、作業指示装置１２から取得した経路条件情報１１２１に記録されている第１経由点Ｐ１における速度ベクトルＶ_１、加速度ベクトルＡ_１、及び加加速度ベクトルＪ_１、並びに第３経由点Ｐ３における速度ベクトルＶ_３、加速度ベクトルＡ_３、及び加加速度ベクトルＪ_３が適切であるか否かを判断する（詳細後述）。そして、適切ではないと判断した場合、経路条件再算出部１１１３は、経路条件情報１１２１に記録されている第１経由点Ｐ１における速度ベクトルＶ_１、加速度ベクトルＡ_１、及び加加速度ベクトルＪ_１、並びに第３経由点Ｐ３における速度ベクトルＶ_３、加速度ベクトルＡ_３、及び加加速度ベクトルＪ_３のうち、適切ではないと判断したものを修正し、記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する。

軌道生成部１１１４は、記憶部１１２に格納されている経路条件情報１１２１、及びロボット形状情報１１２３に基づき、吸着ノズル３の軌道を生成する。具体的には、第１経由点Ｐ１における吸着ノズル３の速度ベクトルＶ_１及び加速度ベクトルＡ_１、第２経由点Ｐ２における吸着ノズル３の速度ベクトルが０、及び加速度ベクトルが０、並びに、第３経由点Ｐ３における吸着ノズル３の速度ベクトルＶ_３、及び加速度ベクトルＡ_３の各条件を満たすように、所定の始点から第１経由点Ｐ１、第２経由点Ｐ２、及び第３経由点Ｐ３を経由して終点までの吸着ノズル３の軌道を生成する。なお、軌道生成部１１１４による軌道生成には、既存の手法を用いることができる。

加圧距離・座標算出部１１１５は、記憶部１１２に格納されている経路条件情報１１２１に基づき、第１経由点Ｐ１から吸着ノズル３が吸引を開始して第２経由点Ｐ２に至るまでの加圧距離ｘ_２、及び第２経由点Ｐ２の座標を算出する。

加圧時間算出部１１１６は、吸着ノズル３の第１経由点Ｐ１から第２経由点Ｐ２までの移動時間であって、且つ、吸着ノズル３の吸引圧力を上げるために必要な加圧時間ｔ_１を算出する。

引上げ時間算出部１１１７は、吸着ノズル３を第２経由点Ｐ２から第３経由点Ｐ３に移動させるための引上げ時間ｔ_３を算出する。

停止時間算出部１１１８は、加圧時間ｔ_１、引上げ時間ｔ_３、及び吸引条件情報１１２２に含まれる吸引時間ｔ_ｖに基づき、吸着ノズル３を第２経由点Ｐ２に停止させている停止時間ｔ_２を算出する。

表示制御部１１１９は、表示部１１４に対する出力画面５０（図１４）等の表示を制御する。

記憶部１１２は、経路条件情報１１２１、吸引条件情報１１２２、ロボット形状情報１１２３、及び上限値情報１１２４を記憶する。経路条件情報１１２１、吸引条件情報１１２２、ロボット形状情報１１２３、及び上限値情報１１２４については、予め記憶部１１２に格納されている、またはユーザにより入力されるものとする。記憶部１１２は、例えばＰＣのストレージまたはメモリによって実現される。

入力部１１３は、ユーザからの各種の操作を受け付ける。入力部１１３は、例えばＰＣが備えるキーボード、マウス等の入力デバイスからなる。

表示部１１４は、表示制御部１１１９からの制御に従い、例えば、出力画面５０（図１４）等を表示する。表示部１１４は、例えばＰＣが備えるディスプレイからなる。

通信部１１５は、所定のネットワークを介して作業指示装置１２や制御装置１４と通信を行う。通信部１１５は、例えばＰＣが備える通信インターフェースからなる。

次に、図４は、経路条件情報１１２１の一例を示している。

経路条件情報１１２１には、吸着ノズル３の第１経由点Ｐ１における座標・姿勢（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１，φ_１，θ_１，ψ_１）、速度ベクトルＶ_１、加速度ベクトルＡ_１、加加速度ベクトルＪ_１、最大加速度Ａ_１ｍａｘ、及び最大加加速度Ｊ_１ｍａｘが記録されている。また、経路条件情報１１２１には、第３経由点Ｐ３における座標・姿勢（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３，φ_３，θ_３，ψ_３）、速度ベクトルＶ_３、加速度ベクトルＡ_３、加加速度ベクトルＪ_３、最大加速度Ａ_３ｍａｘ、及び最大加加速度Ｊ_３ｍａｘが記録されている。

ただし、第１経由点Ｐ１及び第３経由点Ｐ３における最大加速度及び最大加加速度については、物体４の質量および吸着表面状態、並びに、吸着ノズル３の座標・姿勢及び加速方向に応じて変更するようにしてもよい。ここで，吸着表面状態とは，吸着面の細かい凹凸形状などのテクスチャーや液体で濡れているか否かなどをあらわす。

次に、図５は、吸引条件情報１１２２の一例を示している。吸引条件情報１１２２には、吸着ノズル３が所定の吸引圧力に達するまでに要する時間ｔに対して余裕αを加えた吸引時間ｔ_ｖ（＝ｔ＋α）が記録されている。

次に、図６は、ロボット形状情報１１２３の一例を示している。ロボット形状情報１１２３には、ロボット１が有する複数（同図の場合、６）の各リンクについてのリンク長［ｍｍ］、可動範囲［度］、及びモデル名が記録されている。

次に、図７は、上限値情報１１２４の一例を示している。上限値情報１１２４は、物体４の重量、並びに、吸着ノズル３の座標・姿勢及び加速方向の様々な組み合わせに対して、加速度上限値及び加加速度上限値が対応付けて記録されている。

経路条件再算出部１１１３は、上限値情報１１２４に基づき、経路条件情報１１２１に含まれる第１経由点Ｐ１における速度ベクトルＶ１、加速度ベクトルＡ１、及び加加速度ベクトルＪ１、並びに第３経由点Ｐ３における速度ベクトルＶ３、加速度ベクトルＡ３、及び加加速度ベクトルＪ３のうち，上限値を超えたものがある場合は，記憶部１１２の経路条件情報１１２１のうち少なくとも一つを修正することができる。

＜吸着ノズル３の軌道＞
次に、第１経由点Ｐ１、第２経由点Ｐ２、及び第３経由点Ｐ３を順に移動する吸着ノズル３の軌道について、図８及び図９を参照して説明する。

図８は、吸着ノズル３が物体４を第１経由点Ｐ１から第２経由点Ｐ２まで押し込む時の軌道の一例を説明するための図である。

図８の例では、説明を簡単にするため、ｘ，ｙ，ｚ座標のうち、ｘ方向（図２の下方向）への移動についてのみ説明するが、ｙ方向及びｚ方向についても、ｘ方向と同様に扱えばよい。また、ｙ方向及びｚ方向への移動は０とみなしてもよい。さらに、本実施の形態では、吸着ノズル３の加加速度ｊを一定値としているが、吸着ノズル３の加加速度ｊは一定値に限らない。

同図（Ａ）は、吸着ノズル３のｘ座標の時系列変化を表しており、横軸が時間、縦軸がｘ座標を示している。横軸のｔ_１は、吸着ノズル３が第１経由点Ｐ１から第２経由点Ｐ２に至るまでの時間である。第１経由点Ｐ１のｘ座標を０、第２経由点Ｐ２のｘ座標をｘ_２とした場合、吸着ノズル３のｘ座標は、例えば次式（１）に従って変化する。

同図（Ｂ）は、吸着ノズル３の速度ｖの時系列変化を表しており、横軸が時間、縦軸が速度ｖを示している。第１経由点Ｐ１の速度をｖ_１、第２経由点Ｐ２の速度を０とした場合、吸着ノズル３の速度ｖは、例えば次式（２）に従って変化する。

同図（Ｃ）は、吸着ノズル３の加速度ａの時系列変化を表しており、横軸が時間、縦軸が加速度ａを示している。第１経由点Ｐ１の加速度をａ_１、第２経由点Ｐ２の加速度を０とした場合、吸着ノズル３の加速度ａは、例えば次式（３）に従って変化する。

同図（Ｄ）は、吸着ノズル３の加加速度ｊの時系列変化を表しており、横軸が時間、縦軸が加加速度ｊを示している。本実施の形態の場合、上述したように、加加速度ｊは、次式（４）に示されるように一定値ｊ_１であり変化しない。

吸着ノズル３は、第１経由点Ｐ１から第２経由点Ｐ２（ｘ＝ｘ_２）まで時間ｔ_１を要して移動し、第２経由点Ｐ２における速度と加速度は０である。そこで、ｔ＝ｔ_１，ａ＝０を式（３）に代入して次式（５）を得る。

さらに、式（５）を式（２）に代入して、次式（６）を得る。

またさらに、ｔ＝ｔ_１，ｘ＝ｘ_２、式（５）、及び式（６）を式（１）に代入して、次式（７）を得る。

次に、図９は、吸着ノズル３が第２経由点Ｐ２から第３経由点Ｐ３まで物体４を引き上げる時の軌道の一例を説明するための図である。

図９の例は、図８の例と同様、説明を簡単にするため、ｘ，ｙ，ｚ座標のうち、ｘ方向（図面の下方向）への移動についてのみ説明するが、ｙ方向及びｚ方向についても、ｘ方向と同様に扱えばよい。また、ｙ方向及びｚ方向への移動は０とみなしてもよい。

同図（Ａ）は、吸着ノズル３のｘ座標の時系列変化を表しており、横軸が時間、縦軸がｘ座標を示している。横軸のｔ_３は、吸着ノズル３が第２経由点Ｐ２から第３経由点Ｐ３に至るまでの時間である。第２経由点Ｐ２のｘ座標をｘ_２、第３経由点Ｐ３のｘ座標を０とした場合、吸着ノズル３のｘ座標は、例えば次式（８）に従って変化する。

同図（Ｂ）は、吸着ノズル３の速度ｖの時系列変化を表しており、横軸が時間、縦軸が速度ｖを示している。第２経由点Ｐ２の速度を０、第３経由点Ｐ３の速度をｖ_３とした場合、吸着ノズル３の速度ｖは、例えば次式（９）に従って変化する。

同図（Ｃ）は、吸着ノズル３の加速度ａの時系列変化を表しており、横軸が時間、縦軸が加速度ａを示している。第２経由点Ｐ２の加速度を０、第３経由点Ｐ３の加速度をａ_３とした場合、吸着ノズル３の加速度ａは、例えば次式（１０）に従って変化する。

同図（Ｄ）は、吸着ノズル３の加加速度ｊの時系列変化を表しており、横軸が時間、縦軸が加加速度ｊを示している。本実施の形態の場合、上述したように、加加速度ｊは、次式（１１）に示されるように一定値ｊ_３であり変化しない。

吸着ノズル３は、第２経由点Ｐ２から第３経由点Ｐ３（ｘ＝０）まで時間ｔ_３を要して移動し、第３経由点Ｐ３における速度はｖ_３であり、加速度はａ_３である。そこで、ｔ＝ｔ_３，ｘ＝０を式（８）に代入して次式（１２）を得る。

また、ｔ＝ｔ_３，ａ＝ａ_３を式（１０）に代入して次式（１３）を得る。

さらに、ｔ＝ｔ_３，ｖ＝ｖ_３を及び式（１３）を式（９）に代入して、次式（１４）を得る。

＜軌道生成装置１１による軌道生成処理＞
次に、図１０は、軌道生成装置１１による軌道生成処理の一例を説明するフローチャートである。

この軌道生成処理は、例えばユーザからの所定の開始操作や，撮像装置１３で物体４の存在を検知した際に発せられる信号に応じて開始される。

はじめに、経路条件取得部１１１１が、経路条件情報１１２１を記憶部１１２から取得する（ステップＳ１）。次に、吸引条件取得部１１１２が、吸引条件情報１１２２を記憶部１１２から取得する（ステップＳ２）。

次に、経路条件再算出部１１１３が、経路条件再算出処理を行う（ステップＳ３）。具体的には、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に含まれる第１経由点Ｐ１における速度ベクトルＶ_１、加速度ベクトルＡ_１、及び加加速度ベクトルＪ_１、並びに第３経由点Ｐ３における速度ベクトルＶ_３、加速度ベクトルＡ_３、及び加加速度ベクトルＪ_３が適切であるか否かを判断する。

そして、適切ではないと判断した場合、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に含まれる第１経由点Ｐ１における速度ベクトルＶ_１、加速度ベクトルＡ_１、及び加加速度ベクトルＪ_１、並びに第３経由点Ｐ３における速度ベクトルＶ_３、加速度ベクトルＡ_３、及び加加速度ベクトルＪ_３を修正し、記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する。

ここで、ステップＳ３における経路条件再算出処理について、図１１及び図１２を参照して詳述する。

図１１は、ステップＳ３における経路条件再算出処理のうち、第１経由点Ｐ１から第２経由点Ｐ２への押込み時の経路条件再算出処理の一例を説明するフローチャートである。

はじめに、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている加加速度ｊ_１が最大加加速度ｊ_１ｍａｘ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。ここで、加加速度ｊ_１が最大加加速度ｊ_１ｍａｘ以下ではないと判断した場合（ステップＳ１１でＮｏ）、経路条件再算出部１１１３が、加加速度ｊ_１を最大加加速度ｊ_１ｍａｘに修正して記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する（ステップＳ１２）。

反対に、経路条件再算出部１１１３が、加加速度ｊ_１が最大加加速度ｊ_１ｍａｘ以下であると判断した場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ステップＳ１２をスキップして処理をステップＳ１３に進める。

次に、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている加速度ａ_１が最大加速度ａ_１ｍａｘ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、加速度ａ_１が最大加速度ａ_１ｍａｘ以下ではないと判断した場合（ステップＳ１３でＮｏ）、経路条件再算出部１１１３が、加速度ａ_１を最大加速度ａ_１ｍａｘに修正して記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する（ステップＳ１４）。

反対に、経路条件再算出部１１１３が、加速度ａ_１が最大加速度ａ_１ｍａｘ以下であると判断した場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）、ステップＳ１４をスキップして処理をステップＳ１５に進める。

次に、経路条件再算出部１１１３が、適宜修正した加加速度ｊ_１及び加速度ａ_１を式（６）に代入して速度ｖ_１を算出し、経路条件情報１１２１に記録されている速度ｖ_１と比較する（ステップＳ１５）。

そして、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている速度ｖ_１が、式（６）から算出された速度ｖ_１よりも小さいと判断した場合（ステップＳ１５で＜）、式（６）を満たすように、加速度ａ_１を√（２ｊ_１ｖ_１）に修正して記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する（ステップＳ１６）。

反対に、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている速度ｖ_１が、式（６）から算出された速度ｖ_１よりも大きいと判断した場合（ステップＳ１５で＞）、速度ｖ_１を、式（６）から算出された速度ｖ_１に修正して記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する（ステップＳ１７）。

さらに、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている速度ｖ_１が、式（６）から算出された速度ｖ_１と等しいと判断した場合（ステップＳ１５で＝）、ステップＳ１６，Ｓ１７をスキップして、押込み時の経路条件再算出処理を終了する。

次に、図１２は、ステップＳ３における経路条件再算出処理のうち、第２経由点Ｐ２から第３経由点Ｐ３への引上げ時の経路条件再算出処理の一例を説明するフローチャートである。

はじめに、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている加加速度ｊ_３が最大加加速度ｊ_３ｍａｘに－１を乗算した－ｊ_３ｍａｘ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２１）。ここで、加加速度ｊ_３が－ｊ_３ｍａｘ以下であると判断した場合（ステップＳ２１でＹｅｓ）、経路条件再算出部１１１３が、加加速度ｊ_３を－ｊ_３ｍａｘに修正して記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する（ステップＳ２２）。

反対に、経路条件再算出部１１１３が、加加速度ｊ_３が－ｊ_３ｍａｘ以下ではないと判断した場合（ステップＳ２１でＮｏ）、ステップＳ２２をスキップして処理をステップＳ２３に進める。

次に、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている加速度ａ_３が最大加速度ａ_３ｍａｘに－１を乗算した－ａ_３ｍａｘ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２３）。ここで、加速度ａ_１が－ａ_３ｍａｘ以下であると判断した場合（ステップＳ２３でＹｅｓ）、経路条件再算出部１１１３が、加速度ａ_３を－ａ_３ｍａｘに修正して記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する（ステップＳ２４）。

反対に、経路条件再算出部１１１３が、加速度ａ_３が－ａ_３ｍａｘ以下ではないと判断した場合（ステップＳ２３でＮｏ）、ステップＳ２４をスキップして処理をステップＳ２５に進める。

次に、経路条件再算出部１１１３が、適宜修正した加加速度ｊ_３及び加速度ａ_３を式（１４）に代入して速度ｖ_３を算出し、経路条件情報１１２１に記録されている速度ｖ_３と比較する（ステップＳ２５）。

そして、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている速度ｖ_３が、式（１４）から算出された速度ｖ_３よりも大きいと判断した場合（ステップＳ２５で＞）、式（１４）を満たすように、加速度ａ_３を√（２ｊ_３ｖ_３）に修正して記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する（ステップＳ２６）。

反対に、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている速度ｖ_３が、式（１４）から算出された速度ｖ_３よりも小さいと判断した場合（ステップＳ２５で＜）、速度ｖ_３を、式（１４）から算出された速度ｖ_３に修正して記憶部１１２の経路条件情報１１２１を更新する（ステップＳ２７）。

さらに、経路条件再算出部１１１３が、経路条件情報１１２１に記録されている速度ｖ_３が、式（１４）から算出された速度ｖ_３と等しいと判断した場合（ステップＳ２５で＝）、ステップＳ２６，Ｓ２７をスキップして、引上げ時の経路条件再算出処理を終了する。

以上に説明した経路条件再算出処理によって、記憶部１１２に格納された経路条件情報１１２１を適宜、修正して更新した後、処理は図１０のステップＳ４に進められる。

図１０に戻る。次に、加圧距離・座標算出部１１１５が、記憶部１１２に格納された経路条件情報１１２１に基づき、加圧距離ｘ_２、及び第２経由点Ｐ２の座標を算出する（ステップＳ４）。

具体的には、加圧距離・座標算出部１１１５が、式（７）に従って加圧距離ｘ_２を算出する。さらに、加圧距離・座標算出部１１１５が、次式（１５）に示されるように、第１経由点Ｐ１の座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を、第１経由点Ｐ１における速度ベクトルＶ_１の方向に加圧距離ｘ_２だけ移動することにより第２経由点Ｐ２の座標（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）を算出する。

ただし、第１経由点Ｐ１における速度ベクトルＶ_１については、次式（１６）に示されるとおりである。

次に、軌道生成部１１１４が、記憶部１１２に格納された経路条件情報１１２１、及びロボット形状情報１１２３に基づき、所定の始点から第１経由点Ｐ１、第２経由点Ｐ２、及び第３経由点Ｐ３を経由して終点に至る吸着ノズル３の軌道を生成する（ステップＳ５）。

次に、加圧時間算出部１１１６が、記憶部１１２に格納された経路条件情報１１２１に基づき、式（５）を用いて加圧時間ｔ_１を算出する（ステップＳ６）。

次に、引上げ時間算出部１１１７が、記憶部１１２に格納された経路条件情報１１２１に基づき、式（１２）を用いて引上げ時間ｔ_３を算出する（ステップＳ７）。

次に、停止時間算出部１１１８が、加圧時間ｔ_１、引上げ時間ｔ_３、及び吸引条件情報１１２２に含まれる吸引時間ｔ_ｖに基づき、第２経由点Ｐ２に吸着ノズル３を停止させる停止時間ｔ_２を算出する（ステップＳ８）。

次に、図１３は、ステップＳ８における停止時間算出処理の一例を説明するフローチャートである。

はじめに、停止時間算出部１１１８が、加圧時間ｔ_１と引上げ時間ｔ_３との加算値（ｔ_１＋ｔ_３）が吸引時間ｔ_ｖ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。ここで、加算値（ｔ_１＋ｔ_３）が吸引時間ｔ_ｖ以下ではないと判定した場合（ステップＳ３１でＮｏ）、停止時間算出部１１１８が、停止時間ｔ_２を０に設定する（ステップＳ３２）。

反対に、加算値（ｔ_１＋ｔ_３）が吸引時間ｔ_ｖ以下であると判定した場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）、停止時間算出部１１１８が、停止時間ｔ_２として、吸引時間ｔ_ｖから加算値（ｔ_１＋ｔ_３）を減算した値を算出する（ステップＳ３２）。以上で、ステップＳ８における停止時間算出処理は終了される。

図１０に戻る。最後に、通信部１１５が、ステップＳ５で生成された軌道、ステップＳ６で算出された加圧時間ｔ_１、ステップＳ７で算出された引上げ時間ｔ_３、及び、ステップＳ８で算出された停止時間ｔ_２を制御装置１４に送信する（ステップＳ９）。制御装置１４では、軌道生成装置１１から送信された軌道、加圧時間ｔ_１、引上げ時間ｔ_３、及び、停止時間ｔ_２に基づき、ロボット１を制御することになる。以上で、軌道生成処理は終了される。

以上に説明した軌道生成処理によれば、所定の始点から第１経由点Ｐ１、第２経由点Ｐ２、及び第３経由点Ｐ３を経由して終点に至る軌道であって、第１経由点Ｐ１にて停止することなく、第１経由点Ｐ１から第２経由点Ｐ２まで連続的に減速し、また、第３経由点Ｐ３にて停止することなく、第２経由点Ｐ２から第３経由点Ｐ３まで連続的に加速する軌道を生成することができる。

また、ユーザが設定した第１経由点Ｐ１及び第３経由点Ｐ３それぞれにおける速度ベクトル及び加速度ベクトルを、その上限を超えないように適宜修正することができる。

さらに、第１経由点Ｐ１から吸着ノズル３の吸引を開始して第２経由点Ｐ２に移動するので、第２経由点Ｐ２における停止時間ｔ_２を極力短くすることができる。したがって、一連の物体吸着作業に要する時間を短縮することが可能となる。

＜出力画面５０の表示例＞
次に、図１４は、軌道生成装置１１の表示部１１４に表示される出力画面５０の表示例を示している。

出力画面５０には、軌道パラメータ表示領域５１、生成軌道表示領域５２、及び表示切替ボタン５３が設けられる。

軌道パラメータ表示領域５１には、第１経由点Ｐ１の座標、速度ベクトル、加速度ベクトル、及び押込み時間（加圧時間ｔ１）、第２経由点Ｐ２の座標、及び停止時間ｔ_２、並びに、第３経由点Ｐ３の座標、速度ベクトル、加速度ベクトル、及び引上げ時間ｔ_３が表示される。

生成軌道表示領域５２には、軌道生成部１１１４によって生成された吸着ノズル３の位置、速度、加速度、及び加加速度の時系列変化が表示される。

表示切替ボタン５３は、ユーザが操作する毎に、軌道パラメータ表示領域５１、及び生成軌道表示領域５２における表示を、ユーザが設定した修正前のものと、経路条件再算出部１１１３によって修正されたものとに切り替えることができる。

ユーザは、表示切替ボタン５３を操作することによって表示が切り替わる軌道パラメータ表示領域５１及び生成軌道表示領域５２を見ることによって、自身が設定した速度及び加速度が適切であったか否か（修正されているか否か）を確認することができる。また、一連の物体吸着作業に要する時間（押込み時間（加圧時間ｔ１）、停止時間ｔ_２、及び引上げ時間ｔ_３の加算値）を知ることができる。

また、ユーザは、生成軌道表示領域５２を見ることにより、吸着ノズル３の動きを直感的に把握することができる。

本発明は、上記した実施形態や変形例に限定されるものではなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、上記した各実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を、他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１・・・ロボット、２・・・アーム、３・・・吸着ノズル、４・・・物体、５・・・載置台、１０・・・ロボットシステム、１１・・・軌道生成装置、１２・・・作業指示装置、１３・・・撮像装置、１４・・・制御装置、５０・・・出力画面、５１・・・軌道パラメータ表示領域、５２・・・生成軌道表示領域、５３・・・表示切替ボタン、１１１・・・制御部、１１２・・・記憶部、１１３・・・入力部、１１４・・・表示部、１１５・・・通信部、１１１１・・・経路条件取得部、１１１２・・・吸引条件取得部、１１１３・・・経路条件再算出部、１１１４・・・軌道生成部、１１１５・・・加圧距離・座標算出部、１１１６・・・加圧時間算出部、１１１７・・・時間算出部、１１１８・・・停止時間算出部、１１１９・・・表示制御部、１１２１・・・経路条件情報、１１２２・・・吸引条件情報、１１２３・・・ロボット形状情報、１１２４・・・上限値情報

Claims (12)

1. 物体を搬送するためのロボットの軌道を生成する軌道生成装置であって、
   前記ロボットが有する吸着ノズルと前記物体とが接触するときの前記吸着ノズルの基準点の位置となる第１経由点の座標、前記第１経由点における前記吸着ノズルの速度、加速度、及び加加速度を少なくとも含む経路条件情報を取得する経路条件取得部と、
   前記経路条件情報に基づき、前記吸着ノズルを前記物体に押し込んだときの前記基準点の位置となる第２経由点の座標を算出する加圧距離・座標算出部と、
   前記経路条件情報を満たし、所定の始点から前記第１経由点、及び前記第２経由点を経由して終点に至る前記吸着ノズルの軌道を生成する軌道生成部と、
   を備えることを特徴とする軌道生成装置。
2. 請求項１に記載の軌道生成装置であって、
   前記経路条件取得部は、前記吸着ノズルによって吸着された前記物体の引上げが開始されるときの前記基準点の位置となる第３経由点における前記吸着ノズルの速度、加速度、及び加加速度を含む前記経路条件情報を取得し、
   前記軌道生成部は、前記経路条件情報を満たし、所定の始点から前記第１経由点、前記第２経由点、及び前記第３経由点を経由して終点に至る前記吸着ノズルの軌道を生成する
   ことを特徴とする軌道生成装置。
3. 請求項２に記載の軌道生成装置であって、
   前記吸着ノズルが所定の吸引圧力に達するまでに要する吸引時間を表す吸引条件情報を取得する吸引条件取得部と、
   前記吸引条件情報に基づいて前記第２経由点における停止時間を算出する停止時間算出部と、
   を備えることを特徴とする軌道生成装置。
4. 請求項３に記載の軌道生成装置であって、
   前記経路条件情報に基づき、前記吸着ノズルを前記第１経由点から前記第２経由点に移動させるための時間であって、且つ、前記吸着ノズルの吸引圧力を上げるために必要な加圧時間を算出する加圧時間算出部と、
   前記経路条件情報に基づき、前記吸着ノズルを前記第２経由点から前記第３経由点に移動させるための引上げ時間を算出する引上げ時間算出部と、
   を備え、
   前記停止時間算出部は、前記吸引条件情報が表す前記吸引時間、前記加圧時間、及び前記引上げ時間に基づいて前記第２経由点における前記停止時間を算出する
   ことを特徴とする軌道生成装置。
5. 請求項３に記載の軌道生成装置であって、
   算出された前記停止時間を含む出力画面を表示させる表示制御部を、
   備えることを特徴とする軌道生成装置。
6. 請求項２に記載の軌道生成装置であって、
   前記経路条件情報は、前記第１経由点における前記吸着ノズルの最大加速度、及び最大加加速度を含み、
   前記経路条件情報に含まれる前記第１経由点における前記吸着ノズルの前記最大加速度、及び前記最大加加速度に基づいて、前記経路条件情報に含まれる前記第１経由点における前記速度、または前記加速度、または前記加加速度を修正する経路条件再算出部を、
   備えることを特徴とする軌道生成装置。
7. 請求項６に記載の軌道生成装置であって、
   前記経路条件情報は、前記第３経由点における前記吸着ノズルの最大加速度、及び最大加加速度を含み、
   前記経路条件再算出部は、前記経路条件情報に含まれる前記第３経由点における前記吸着ノズルの前記最大加速度、及び前記最大加加速度に基づいて、前記経路条件情報に含まれる前記第３経由点における前記速度、または前記加速度、または前記加加速度を修正する
   ことを特徴とする軌道生成装置。
8. 請求項７に記載の軌道生成装置であって、
   前記経路条件再算出部は、前記物体の質量、及び吸着表面状態、前記吸着ノズルの座標・姿勢、及び前記吸着ノズルの加速方向の少なくとも一つに応じて、前記経路条件情報に含まれる前記第１経由点における前記吸着ノズルの前記最大加速度及び前記最大加加速度、並び前記第３経由点における前記吸着ノズルの前記最大加速度及び前記最大加加速度のうちの少なくとも一つを修正する
   ことを特徴とする軌道生成装置。
9. 物体を搬送するためのロボットの軌道を生成する軌道生成装置による軌道生成方法であって、
   前記ロボットが有する吸着ノズルと前記物体とが接触するときの前記吸着ノズルの基準点の位置となる第１経由点の座標、前記第１経由点における前記吸着ノズルの速度、加速度、及び加加速度を少なくとも含む経路条件情報を取得する経路条件取得ステップと、
   前記経路条件情報に基づき、前記吸着ノズルを前記物体に押し込んだときの前記基準点の位置となる第２経由点の座標を算出する加圧距離・座標算出ステップと、
   前記経路条件情報を満たし、所定の始点から前記第１経由点、及び前記第２経由点を経由して終点に至る前記吸着ノズルの軌道を生成する軌道生成ステップと、
   を含むことを特徴とする軌道生成方法。
10. コンピュータを、
    ロボットが有する吸着ノズルと物体とが接触するときの前記吸着ノズルの基準点の位置となる第１経由点の座標、前記第１経由点における前記吸着ノズルの速度、加速度、及び加加速度を少なくとも含む経路条件情報を取得する経路条件取得部と、
    前記経路条件情報に基づき、前記吸着ノズルを前記物体に押し込んだときの前記基準点の位置となる第２経由点の座標を算出する加圧距離・座標算出部と、
    前記経路条件情報を満たし、所定の始点から前記第１経由点、及び前記第２経由点を経由して終点に至る前記吸着ノズルの軌道を生成する軌道生成部と、
    して機能させることを特徴とするプログラム。
11. 物体を搬送するためのロボットと、前記ロボットの軌道を生成する軌道生成装置と、生成された前記軌道に基づいて前記ロボットを制御する制御装置と、を備えるロボットシステムにおいて、
    前記ロボットは、
    リンクの先端に前記物体を吸着するための吸着ノズルを、備え、
    前記軌道生成装置は、
    前記吸着ノズルと前記物体とが接触するときの前記吸着ノズルの基準点の位置となる第１経由点の座標、前記第１経由点における前記吸着ノズルの速度、加速度、及び加加速度を少なくとも含む経路条件情報を取得する経路条件取得部と、
    前記経路条件情報に基づき、前記吸着ノズルを前記物体に押し込んだときの前記基準点の位置となる第２経由点の座標を算出する加圧距離・座標算出部と、
    前記経路条件情報を満たし、所定の始点から前記第１経由点、及び前記第２経由点を経由して終点に至る前記吸着ノズルの軌道を生成する軌道生成部と、を備える
    ことを特徴とするロボットシステム。
12. 請求項１１に記載のロボットシステムであって、
    前記物体を画角に含む画像を撮像する撮像装置と、
    前記画像に基づき、前記第１経由点の座標を設定する作業指示装置と、
    を備えることを特徴とするロボットシステム。

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