JP7141665B2 - ロボットの動作計画に役立つ衝突検出 - Google Patents
ロボットの動作計画に役立つ衝突検出 Download PDFInfo
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Description
ロボットの任意の部分が環境内の過渡的な障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて環境内の任意の過渡的な障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、データ構造表現は環境内の第2の数の障害物(存在する場合)の表現を含み、その表現について、第2の数の障害物のうちの障害物のそれぞれによって占有される環境内のそれぞれの体積が実行時間の少なくともいくつかの部分の間に知られており、障害物のそれぞれによって占有される環境内のそれぞれの体積が構成時に不知である、該ステップと、ポーズのうちの少なくとも1つについて衝突が検出されたかどうかを表す信号を提供するステップを含むものとして要約されてもよい。
図1は、1つの例示としての実装に従った、ロボット、ドライバ、動作計画システム、及び衝突検出システムを含むロボット制御システム、並びに他の構成要素、ロボットが動作することができる環境におけるロボットの概略図であり、その環境はいくつかの障害物の一部が持続的であり、他の障害物が過渡的なものであり、オプションとして、多数の目標物(又は、ターゲットオブジェクト)を含む。
図2は、1つの例示としての実装による、図1のロボット制御システムの機能ブロック図である。
図3は、1つの例示された実施形態による、図1の衝突検出システムの機能ブロック図である。
図4は、図1のロボットおよび環境の構成空間(C空間)の概略図であり、環境内の障害物の表現を有し、例示された一実施形態による、ロボットのポーズ間の衝突のない経路を表すエッジを有する計画グラフまたはロードマップを含む。
図5は、ロボット動力学モデルのデータ構造表現、環境内の持続的障害物および環境内の過渡的障害物を採用する衝突検出または予測を実行するための衝突検出システムにおける動作の高レベル方法を示すフロー図であり、1つの例示的実装によれば、動作計画システムを介して動作計画において採用可能な衝突検出を示す図である。
図6は、動力学モデルによって表されるロボットのデータ構造表現の生成を介して、動作計画および動作計画の生成を容易にするための衝突検出システムにおける動作方法を示す、低レベルフロー図である。
図7Aは、例示された一実施形態による、環境内の持続性オブジェクトを表すための境界体積の階層の生成を介して動作計画および動作計画の生成を容易にするための衝突検出システムにおける低レベルの動作方法を示す流れ図である。
図7Bは、例示された一実施形態による、環境内の持続性オブジェクトを表すためのリーフノードとして三角形メッシュを有する境界ボックスの階層の生成を介して、動作計画および動作計画の生成を容易にするための衝突検出システムにおける低レベルの動作方法を示すフロー図である。
図7Cは、例示された一実施形態による、環境内の持続性オブジェクトを表すための球体の階層の生成を介して、動作計画および動作計画の生成を容易にするための、衝突検出システムにおける低レベルの動作方法を示す流れ図である。
図7Dは、例示された一実施形態による、環境内の持続的オブジェクトを表すためのk-ary球ツリーの生成を介した、動作計画および動作計画の生成を容易にするための衝突検出システムにおける低レベルの動作方法を示す流れ図である。
図7Eは、例示された一実施形態による、環境内の持続性オブジェクトを表すための軸整列境界ボックスの階層の生成を介して、動作計画および動作計画の生成を容易にするための衝突検出システムにおける低レベルの動作方法を示すフロー図である。
図7Fは、例示された一実施形態による、環境内の持続性オブジェクトを表すための指向性境界ボックスの階層の生成を介して、動作計画および動作計画の生成を容易にするための衝突検出システムにおける低レベルの動作方法を示すフロー図である。
図7Gは、例示された一実施形態による、環境内の持続性オブジェクトを表すためにボクセル占有情報を記憶する八分木の生成を介して、動作計画および動作計画の生成を容易にするための衝突検出システムにおける低レベルの動作方法を示す流れ図である。
図8は1つの例示としての実施に従った、衝突検出システム200における動作の低レベル方法800を示すフロー図であり、環境のためのセンサデータを受信することにより、動作計画および動作計画の作成を容易にし、センサデータを、環境内の過渡オブジェクトの占有情報および生成データ構造表現に変換する。
図9は、例示された一実施形態による、ロボット付属物の動作の2つのポーズの間のロボット付属物の中間ポーズの計算を介して、動作計画および動作計画の作成を容易にするための、衝突検出システムにおける動作の低レベル方法900を示すフロー図である。
図10は、例示された一実施形態による、動作計画を容易にするための衝突検出システムにおける動作の低レベル方法1000と、中間ポーズを決定するための反復ループの実行を介した動作計画の生成とを示すフロー図である。
図11は、例示された一実施形態による、動作プランニングを容易にするための衝突検出システムにおける動作の低レベル方法1000、および、ロボットのための変換を計算するために前方運動学を採用する動作プランの生成を示すフロー図である。
図12は、例示された一実施形態による、ポーズにおけるロボットの一部分またはロボットの別の部分との自己衝突の評価を介して、動作計画および動作計画の生成を容易にするための、衝突検出システムにおける動作の低レベルの方法1000を示す流れ図である。
図13は、例示された一実施形態による、1つのポーズから別のポーズに移動するロボットの別の部分との一部またはロボットの自己衝突の評価を介して、動作計画の作成および動作計画の作成を容易にするための、衝突検出システムにおける動作の低レベルの方法1000を示す流れ図である。
図14Aは、例示された一実施形態による、三角形メッシュとして表されるロボット付属物の一部の等角図である。
図14B-14Eは図14Aのロボット付属物の一部の等角図であり、図示された一実施形態による、深さ4の球ツリーの連続するレベルで表されるように描かれている。
図15Aは、例示された一実施形態による、複数の障害物(例えば、ポール(又は、極))を有するタスクを実行する、三角形メッシュによって表されるロボット付属物を有するロボットが実行する環境の等角図である。
図15Bは、1つの例示としての実施形態に従った、ロボット付属物の表現が球体ツリーに変換された、図15Aの環境の等角図である。
様々な形状は例えば、オクツリー(又は、オクトツリー/八分木)、ボックスのセット、またはユークリッド距離フィールド(EDF)のいずれかで効率的に表すことができる。
実行時間中に環境内で一貫したまたは不変の体積を占有し、その占有体積が構成時に既知である障害物の場合、これらの持続的障害物をユークリッド距離フィールドで表すことが好ましい場合がある。
動作(例えば、2つのポーズ間の動作)に関連する衝突チェックに使用するための例示的なプロセスを以下に示す。
ツリー構造においてさえ、衝突検出は最終的に、2つの形状が交差するかどうかを決定することに発展する。ツリーは、交差をチェックするために形状のセットを維持する特に便利な方法である。衝突検出はツリー構造のルートから開始し、下に(すなわち、リーフノードに向かって)進むことができる。いずれかのレベルに交差点がない場合、ロボットと障害物が交差せず、プロセスが終了する。非リーフノードレベルに交差がある場合、衝突評価プロセスは、ツリー構造の次のレベルに進む。リーフレベルに交差点がある場合、ロボットと障害物が交差する。
直下に提供される例示的な擬似コードは、球体と軸整列境界ボックスとの間に衝突があるかどうかを決定するための試験動作を示す。
AABBエクステントフィールドは、各軸に沿ったボックスの半次元の3ベクトル表現である。Clamp()関数は、第1の引数を第2の引数と第3の引数との間に制約する。
ツリーとして表される物体(例えば、ロボット、障害物)が衝突するかどうかの決定は、データ構造の固有の階層的性質のために高速であり得る。直下に提供される例示的な擬似コードは、2つの球ツリー間に衝突があるかどうかを決定するためのテスト動作のための再帰的アルゴリズムを示す。
関数DescendTreeAはこの反復でツリーAまたはツリーBをさらに探索すべきかどうかを決定するために、降下規則を符号化する。
球ツリーと距離フィールドとの間の衝突チェックは、2つの球ツリーの場合と同様である。再び、球ツリーの固有の階層的性質はツリーが十分な解像度まで評価されるとすぐに、エグジットするために利用される。直下に提供される例示的な擬似コードは、球ツリーと距離フィールドとの間に衝突があるかどうかを決定するためのテスト動作を示す。
下記は、本願の出願当初に記載の発明である。
<請求項1>
ロボットの動作計画に有用なプロセッサベースのシステムの少なくとも1つのコンポーネントの動作方法であって、
ロボットの少なくとも第1の数のポーズの各々について、回路の少なくとも1つのセットによって、前記ロボットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップと、
前記ロボットの少なくとも第2の数のポーズの各々について、回路の少なくとも1つのセットによって、環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、前記データ構造表現は前記第1の数の障害物の各々の前記障害物によって占められる前記環境内のそれぞれの体積が構成時に既知である前記第1の数の障害物の表現を含む、該ステップと、
前記ロボットの少なくとも第3の数のポーズの各々について、回路の少なくとも1つのセットによって、前記環境内の過渡的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、前記データ構造表現は、もし存在するのであれば前記第2の数の障害物の各々の前記障害物によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が実行時の少なくとも一部で既知であり、前記障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が構成時に不知である前記環境内の第2の数の障害物の表現を含む、該ステップと、
前記ポーズのうちの少なくとも1つについて衝突が検出されたかどうかを表す信号を提供するステップ
を有する方法。
<請求項2>
前記ロボットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップは、ロボット付属物の少なくとも一部が第1のポーズで前記ロボット付属物の他の部分と衝突するかどうかを決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
<請求項3>
前記ロボットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップは、ロボット付属物の少なくとも一部が第1のポーズと第2のポーズとの間で移動する際に前記ロボット付属物の他の部分と衝突するかどうかを決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
<請求項4>
前記環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップは、ロボット付属物の少なくとも一部が第1のポーズで前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するか否かを決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
<請求項5>
前記環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップは、第1のポーズと第2のポーズの間を移動する際にロボット付属物の少なくとも一部が前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するか否かを決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
<請求項6>
前記環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップは、ロボット付属物の少なくとも一部が第1のポーズで前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するか否かを決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
<請求項7>
前記環境内の過渡的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップは、第1のポーズと第2のポーズとの間を移動する際にロボット付属物の少なくとも一部が前記環境内の任意の過渡的障害物に衝突するか否かを決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
<請求項8>
構成時に、
動力学モデルによって表されるロボットについて、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップと、
前記環境について、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップをさらに有し、
前記データ構造表現が、前記第1の数の障害物の各々の障害物によって占められる前記環境内のそれぞれの体積が構成時に既知である前記第1の数の障害物の表現を含む、請求項1記載の方法。
<請求項9>
前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップは、境界体積の階層を生成するステップを含む、請求項8に記載の方法。
<請求項10>
境界体積の階層を生成するステップは、リーフノードとして三角形メッシュを有する境界ボックスの階層を生成するステップを含む、請求項9に記載の方法。
<請求項11>
境界体積の階層を生成するステップは、球体の階層を生成するステップを含む、請求項9に記載の方法。
<請求項12>
境界体積の階層を生成するステップは、k-ary球ツリーを生成するステップを含む、請求項9に記載の方法。
<請求項13>
境界体積の階層を生成するステップは、軸整列境界ボックスの階層を生成するステップを含む、請求項9に記載の方法。
<請求項14>
境界体積の階層を生成するステップは、指向性境界ボックスの階層を生成するステップを含む、請求項9に記載の方法。
<請求項15>
前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記環境内の前記持続的障害物のセットを表すボクセル占有情報を記録するオクツリーを生成するステップを含む、請求項8に記載の方法。
<請求項16>
前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、k-aryツリーを生成するステップを含む、請求項8に記載の方法。
<請求項17>
前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれのk-aryツリーを生成するステップを含む、請求項8に記載の方法。
<請求項18>
前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれの8-aryツリーを生成するステップを含む、請求項8に記載の方法。
<請求項19>
前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、4以上のツリー深さを有するそれぞれの8-aryツリーを生成するステップを含む、請求項8に記載の方法。
<請求項20>
前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれのk-aryツリーを生成するステップを含み、前記k-aryツリーの各ノードは前記それぞれの球体の任意の部分が占有されている場合に占有されていると識別される球体である、請求項8に記載の方法。
<請求項21>
実行時に、前記環境内の過渡的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップであって、前記データ構造表現はもし存在するのであれば前記第2の数の障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記実行時の少なくとも一部で既知であり、前記障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に不知である前記過渡的障害物の表現を含む、該ステップをさらに含み、
前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップ、前記ロボットの任意の部分が環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップ及び前記ロボットの任意の部分が前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップがすべて前記実行時に行われる、請求項1記載の方法。
<請求項22>
もし存在するのであれば前記環境内の前記過渡的障害物を表すセンサ情報を受信するステップと、
前記センサ情報を占有情報に変換するステップをさらに有し、
前記環境内の前記過渡的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記占有情報から前記環境内の前記過渡的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップを含む、請求項21記載の方法。
<請求項23>
複数のリンクと、前記リンクのそれぞれの対の間の複数の関節を有するロボット付属物の形態で前記ロボットを表す動力学モデルを受信するステップと、
前記環境内の前記持続的障害物のセットのそれぞれの位置を表す占有情報を受信するステップと、
動作計画に使用される動作細分化粒度を表す少なくとも1つの値を受信するステップをさらに有する、請求項1に記載の方法。
<請求項24>
動力学モデルを受信するステップと、占有情報を受信するステップと、動作細分化粒度を表す少なくとも1つの値を受信するステップがすべて前記構成時に発生し、
前記ロボットの前記動力学モデルに基づいて、前記構成時に前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップと、
前記構成時に前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップをさらに含み、
前記データ構造表現は、前記第1の数の障害物の前記障害物の各々が占める前記環境内の各体積が前記構成時に既知である前記第1の数の障害物の表現を含む、請求項23に記載の方法。
<請求項25>
実行時に、前記環境内の過渡的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップであって、前記データ構造表現はもし存在するのであれば前記第2の数の障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記実行時の少なくとも一部で既知であり、前記障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に不知である前記過渡的障害物の表現を含む、該ステップをさらに含む、請求項24に記載の方法。
<請求項26>
前記ロボットが、ロボット付属物を含み、
前記ロボット付属物の第1のポーズと前記ロボット付属物の第2のポーズの間の前記ロボット付属物の動作について、前記ロボット付属物のC空間における前記ロボット付属物の前記第1のポーズと前記第2のポーズの間の複数の中間ポーズを、前記C空間において連続的に隣接するポーズの複数の対の間の距離が前記動作細分割粒度についての受信値を満たすまで計算するステップをさらに有する、請求項1に記載の方法。
<請求項27>
前記ロボット付属物の複数の中間ポーズを計算するステップは、
前記ロボット付属物の関節のそれぞれについて、前記第1および前記第2のポーズにおける前記関節のそれぞれの位置および向きの間を補間してn番目の中間ポーズを取得するステップと、
前記ロボット付属物の関節のそれぞれについて、終了条件に達するまで、それぞれのi番目の反復についてのそれぞれの最近傍ポーズの対における前記関節のそれぞれの位置および向きの間を反復的に補間するステップをさらに有する、請求項26に記載の方法。
<請求項28>
前記終了条件はn番目の中間ポーズを得るように動作細分化粒度を満たす連続的に隣接するポーズ間の距離であり、
複数の前記反復に対して、前記終了条件に達したかどうかを決定するステップをさらに有する、請求項27に記載の方法。
<請求項29>
複数の前記ポーズの各々について、動力学ロボットモデル上で順方向動力学計算を実行して、前記ロボット付属物の各リンクの複数の変換を計算するステップをさらに含む、請求項26に記載の方法。
<請求項30>
前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップ、前記ロボットの任意の部分が任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップ、又は、前記ロボットの任意の部分が任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップの少なくとも1つが、階層表現またはユークリッド距離場表現のうちの少なくとも1つに基づいて決定するステップを含む、請求項1~29のいずれかに記載の方法。
<請求項31>
ロボットの動作計画に有用な衝突評価を生成するシステムであって、
前記システムは、
少なくとも1つのプロセッサと、
前記少なくとも1つのプロセッサに実行させるプロセッサ実行可能命令またはデータのうちの少なくとも1つを記憶する少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読媒体であって、
少なくとも1つのプロセッサによって実行されたときに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
ロボットの少なくとも第1の数のポーズの各々について、前記ロボットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップと、
前記ロボットの少なくとも第2の数のポーズの各々について、環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、前記データ構造表現は前記第1の数の障害物の各々の前記障害物によって占められる前記環境内のそれぞれの体積が構成時に既知である前記第1の数の障害物の表現を含む、該ステップと、
前記ロボットの少なくとも第3の数のポーズの各々について、前記環境内の過渡的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、前記データ構造表現は、もし存在するのであれば前記第2の数の障害物の各々の前記障害物によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が実行時の少なくとも一部で既知であり、前記障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が構成時に不知である前記環境内の第2の数の障害物の表現を含む、該ステップと、
前記ポーズのうちの少なくとも1つについて衝突が検出されたかどうかを表す信号を提供するステップを実行させる非一時的プロセッサ可読媒体を有する、システム。
<請求項32>
前記ロボットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、ロボット付属物の少なくとも一部が第1のポーズで前記ロボット付属物の他の部分と衝突するかどうかを決定する、請求項31に記載のシステム。
<請求項33>
前記ロボットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、ロボット付属物の少なくとも一部が第1のポーズと第2のポーズとの間で移動する際に前記ロボット付属物の他の部分と衝突するかどうかを決定する、請求項31に記載のシステム。
<請求項34>
前記環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、ロボット付属物の少なくとも一部が第1のポーズで前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するか否かを決定する、請求項31に記載のシステム。
<請求項35>
前記環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、第1のポーズと第2のポーズの間を移動する際にロボット付属物の少なくとも一部が前記環境内の任意の持続的障害物と衝突するか否かを決定する、請求項31に記載のシステム。
<請求項36>
前記環境内の過渡的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、ロボット付属物の少なくとも一部が第1のポーズで前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するか否かを決定する、請求項31に記載のシステム。
<請求項37>
前記環境内の過渡的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、第1のポーズと第2のポーズとの間を移動する際にロボット付属物の少なくとも一部が前記環境内の任意の過渡的障害物に衝突するか否かを決定する、請求項31に記載のシステム。
<請求項38>
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行はさらに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
構成時に、
動力学モデルによって表されるロボットについて、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップと、
前記環境について、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップをさらに実行させ、
前記データ構造表現が、前記第1の数の障害物の各々の障害物によって占められる前記環境内のそれぞれの体積が構成時に既知である前記第1の数の障害物の表現を含む、請求項31に記載のシステム。
<請求項39>
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するために、境界体積の階層を生成する、請求項38に記載のシステム。
<請求項40>
前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、リーフノードとして三角形メッシュを有する境界ボックスの階層を生成する、請求項39に記載のシステム。
<請求項41>
前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、球体の階層を生成する、請求項39に記載のシステム。
<請求項42>
前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、k-ary球ツリーを生成する、請求項39に記載のシステム。
<請求項43>
前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、軸整列境界ボックスの階層を生成する、請求項39に記載のシステム。
<請求項44>
前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、指向性境界ボックスの階層を生成する、請求項39に記載のシステム。
<請求項45>
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するために、前記環境内の前記持続的障害物のセットを表すボクセル占有情報を記憶するオクツリーを生成する、請求項38に記載のシステム。
<請求項46>
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、k-aryツリーを生成する、請求項38に記載のシステム。
<請求項47>
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれのk-aryツリーを生成する、請求項38に記載のシステム。
<請求項48>
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれの8-aryツリーを生成する、請求項38に記載のシステム。
<請求項49>
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、4以上のツリー深さを有するそれぞれの8-aryツリーを生成する、請求項38に記載のシステム。
<請求項50>
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれのk-aryツリーを生成し、前記k-aryツリーの各ノードは前記それぞれの球体の任意の部分が占有されている場合に占有されていると識別される球体である、請求項38に記載のシステム。
<請求項51>
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行はさらに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
実行時に、前記環境内の過渡的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップであって、前記データ構造表現はもし存在するのであれば前記第2の数の障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記実行時の少なくとも一部で既知であり、前記障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に不知である前記過渡的障害物の表現を含む、該ステップをさらに実行させ、
前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップ、前記ロボットの任意の部分が環境内の任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップ及び前記ロボットの任意の部分が前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップがすべて前記実行時に行われる、請求項31に記載のシステム。
<請求項52>
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行はさらに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
もし存在するのであれば前記環境内の前記過渡的障害物を表すセンサ情報を受信するステップと、
前記センサ情報を占有情報に変換するステップをさらに実行させ、
前記環境内の前記過渡的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、前記占有情報から前記環境内の前記過渡的障害物のセットの前記データ構造表現を生成する、請求項51に記載のシステム。
<請求項53>
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行はさらに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
複数のリンクと、前記リンクのそれぞれの対の間の複数の関節を有するロボット付属物の形態で前記ロボットを表す動力学モデルを受信するステップと、
前記環境内の前記持続的障害物のセットのそれぞれの位置を表す占有情報を受信するステップと、
動作計画に使用される動作細分化粒度を表す少なくとも1つの値を受信するステップを実行させる、請求項31に記載のシステム。
<請求項54>
前記動力学モデル、前記占有情報、動作細分化粒度を表す前記少なくとも1つの値がすべて前記構成時に受信され、
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行はさらに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
前記ロボットの前記動力学モデルに基づいて、前記構成時に前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップと、
前記構成時に前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップをさら実行させ、
前記データ構造表現は、前記第1の数の障害物の前記障害物の各々が占める前記環境内の各体積が前記構成時に既知である前記第1の数の障害物の表現を含む、請求項53に記載のシステム。
<請求項55>
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行は、前記少なくとも1つのプロセッサに、
実行時に、前記環境内の過渡的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップであって、前記データ構造表現はもし存在するのであれば前記第2の数の障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記実行時の少なくとも一部で既知であり、前記障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に不知である前記過渡的障害物の表現を含む、該ステップをさらに実行させる、請求項54に記載のシステム。
<請求項56>
前記ロボットが、ロボット付属物を含み、
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行は、前記少なくとも1つのプロセッサに、
前記ロボット付属物の第1のポーズと前記ロボット付属物の第2のポーズの間の前記ロボット付属物の動作について、前記ロボット付属物のC空間における前記ロボット付属物の前記第1のポーズと前記第2のポーズの間の複数の中間ポーズを、前記C空間において連続的に隣接するポーズの複数の対の間の距離が前記動作細分割粒度についての受信値を満たすまで計算するステップをさらに実行させる、請求項31に記載のシステム。
<請求項57>
前記ロボット付属物の複数の中間ポーズを計算するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、
前記ロボット付属物の関節のそれぞれについて、前記第1および前記第2のポーズにおける前記関節のそれぞれの位置および向きの間を補間してn番目の中間ポーズを取得するステップと、
前記ロボット付属物の関節のそれぞれについて、終了条件に達するまで、それぞれのi番目の反復についてのそれぞれの最近傍ポーズの対における前記関節のそれぞれの位置および向きの間を反復的に補間するステップを実行する、請求項56に記載のシステム。
<請求項58>
前記終了条件はn番目の中間ポーズを得るように動作細分化粒度を満たす連続的に隣接するポーズ間の距離であり、
前記プロセッサ実行可能命令またはデータのうちの前記少なくとも1つの実行は、前記少なくとも1つのプロセッサに、複数の前記反復に対して、前記終了条件に達したかどうかを決定するステップをさらに実行させる、請求項57に記載のシステム。
<請求項59>
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行はさらに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
複数の前記ポーズの各々について、動力学ロボットモデル上で順方向動力学計算を実行して、前記ロボット付属物の各リンクの複数の変換を計算するステップをさらに実行させる、請求項56に記載のシステム。
<請求項60>
前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかの決定、前記ロボットの任意の部分が任意の持続的障害物と衝突するかどうかの決定、又は、前記ロボットの任意の部分が任意の過渡的障害物と衝突するかどうかの決定の少なくとも1つが、階層表現またはユークリッド距離場表現のうちの少なくとも1つに基づく決定を含む、請求項31~59のいずれかに記載のシステム。
Claims (34)
- ロボットの動作計画に有用なプロセッサベースのシステムの少なくとも1つのコンポーネントの動作方法であって、
構成時における、
動力学モデルによって表されるロボットについて、前記ロボットのデータ構造表現を生成するステップであって、前記ロボットの前記データ構造表現は前記ロボットをデータ構造の形式で表現したものである、該ステップと、
前記ロボットが動作する環境について、前記環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現を生成するステップであって、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現は前記環境内の前記持続的障害物のセットをデータ構造の形式で表現したものであり、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現は第1の数の障害物の各々の前記障害物によって占められる前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に既知である前記第1の数の障害物の表現を含む、該ステップと、
実行時における、
ロボットの少なくとも第1の数のポーズの各々について、回路の少なくとも1つのセットによって、前記ロボットの前記データ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップと、
前記ロボットの少なくとも第2の数のポーズの各々について、回路の少なくとも1つのセットによって、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の前記持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現は前記第1の数の障害物の各々の前記障害物によって占められる前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に既知である前記第1の数の障害物の前記表現を含む、該ステップと、
前記ロボットの少なくとも第3の数のポーズの各々について、回路の少なくとも1つのセットによって、前記環境内の過渡的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、前記環境内の前記過渡的障害物のセットの前記データ構造表現は前記環境内の前記過渡的障害物のセットをデータ構造の形式で表現したものであり、前記環境内の前記過渡的障害物のセットの前記データ構造表現は、もし存在するのであれば第2の数の障害物の各々の前記障害物によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記実行時の少なくとも一部で既知であり、前記障害物の各々によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に不知である前記環境内の前記第2の数の障害物の表現を含む、該ステップと、
前記ポーズのうちの少なくとも1つについて衝突が検出されたかどうかを表す信号を提供するステップ
を有する方法。 - 前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップは、境界体積の階層を生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 境界体積の階層を生成するステップは、リーフノードとして三角形メッシュを有する境界ボックスの階層を生成するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 境界体積の階層を生成するステップは、球体の階層を生成するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 境界体積の階層を生成するステップは、k-ary球ツリーを生成するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 境界体積の階層を生成するステップは、軸整列境界ボックスの階層又は境界体積の階層を生成するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記環境内の前記持続的障害物のセットを表すボクセル占有情報を記録するオクツリーを生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、k-aryツリーを生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれのk-aryツリーを生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、4以上のツリー深さを有するそれぞれの8-aryツリーを生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ロボットの前記データ構造表現を生成するステップは、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれのk-aryツリーを生成するステップを含み、前記k-aryツリーの各ノードは前記それぞれの球体の任意の部分が占有されている場合に占有されていると識別される球体である、請求項1に記載の方法。
- 前記ロボットが、ロボット付属物を含み、
前記ロボット付属物の第1のポーズと前記ロボット付属物の第2のポーズの間の前記ロボット付属物の動作について、前記ロボット付属物のC空間における前記ロボット付属物の前記第1のポーズと前記第2のポーズの間の複数の中間ポーズを、前記C空間において連続的に隣接するポーズの複数の対の間の距離が動作細分割粒度についての受信値を満たすまで計算するステップをさらに有する、請求項1に記載の方法。 - 前記ロボット付属物の複数の中間ポーズを計算するステップは、
前記ロボット付属物の関節のそれぞれについて、前記第1および前記第2のポーズにおける前記関節のそれぞれの位置および向きの間を補間してn番目の中間ポーズを取得するステップと、
前記ロボット付属物の関節のそれぞれについて、終了条件に達するまで、それぞれのi番目の反復についてのそれぞれの最近傍ポーズの対における前記関節のそれぞれの位置および向きの間を反復的に補間するステップをさらに有する、請求項12に記載の方法。 - 前記終了条件はn番目の中間ポーズを得るように動作細分化粒度を満たす連続的に隣接するポーズ間の距離であり、
複数の前記反復に対して、前記終了条件に達したかどうかを決定するステップをさらに有する、請求項13に記載の方法。 - 複数の前記ポーズの各々について、動力学ロボットモデル上で順方向動力学計算を実行して、前記ロボット付属物の各リンクの複数の変換を計算するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップ、前記ロボットの任意の部分が任意の持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップ、又は、前記ロボットの任意の部分が任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップの少なくとも1つが、階層表現またはユークリッド距離場表現のうちの少なくとも1つに基づいて決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- ロボットの動作計画に有用な衝突評価を生成するシステムであって、
前記システムは、
少なくとも1つのプロセッサと、
プロセッサ実行可能命令またはデータのうちの少なくとも1つを記憶する少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読媒体であって、
前記少なくとも1つのプロセッサによって実行されたときに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
構成時に、
動力学モデルによって表されるロボットについて、前記ロボットのデータ構造表現を生成するステップであって、前記ロボットの前記データ構造表現は前記ロボットをデータ構造の形式で表現したものである、該ステップと、
前記ロボットが動作する環境について、前記環境内の持続的障害物のセットのデータ構造表現を生成するステップであって、前記環境内の前記持続的障害物のセットのデータ構造表現は前記環境内の前記持続的障害物のセットをデータ構造の形式で表現したものであり、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現は第1の数の障害物の各々の前記障害物によって占められる前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に既知である前記第1の数の障害物の前記表現を含む、該ステップと、
実行時に、
ロボットの少なくとも第1の数のポーズの各々について、前記ロボットの前記データ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかを決定するステップと、
前記ロボットの少なくとも第2の数のポーズの各々について、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記ロボットが動作する前記環境内の任意の前記持続的障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現は前記第1の数の障害物の各々の前記障害物によって占められる前記環境内のそれぞれの体積が前記構成時に既知である前記第1の数の障害物の前記表現を含む、該ステップと、
前記ロボットの少なくとも第3の数のポーズの各々について、前記環境内の過渡的障害物のセットのデータ構造表現に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットの任意の部分が前記環境内の任意の過渡的障害物と衝突するかどうかを決定するステップであって、前記環境内の前記過渡的障害物のセットの前記データ構造表現は前記環境内の前記過渡的障害物のセットをデータ構造の形式で表現したものであり、前記環境内の前記過渡的障害物のセットの前記データ構造表現は、もし存在するのであれば第2の数の障害物の各々の前記障害物によって占有される前記環境内のそれぞれの体積が前記実行時の少なくとも一部で既知であり、前記障害物の各々によって占有される前記環境内の前記それぞれの体積が前記構成時に不知である前記環境内の前記第2の数の障害物の表現を含む、該ステップと、
前記ポーズのうちの少なくとも1つについて衝突が検出されたかどうかを表す信号を提供するステップを実行させる、該非一時的プロセッサ可読媒体を有する、システム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するために、境界体積の階層を生成する、請求項17に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、リーフノードとして三角形メッシュを有する境界ボックスの階層を生成する、請求項18に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、球体の階層を生成する、請求項18に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、k-ary球ツリーを生成する、請求項18に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、軸整列境界ボックスの階層を生成する、請求項18に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、境界体積の階層を生成するために、指向性境界ボックスの階層を生成する、請求項18に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記環境内の前記持続的障害物のセットの前記データ構造表現を生成するために、前記環境内の前記持続的障害物のセットを表すボクセル占有情報を記憶するオクツリーを生成する、請求項17に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、k-aryツリーを生成する、請求項17に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれのk-aryツリーを生成する、請求項17に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれの8-aryツリーを生成する、請求項17に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、4以上のツリー深さを有するそれぞれの8-aryツリーを生成する、請求項17に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記ロボットの前記データ構造表現を生成するために、前記ロボットの複数のリンクのそれぞれについて、それぞれのk-aryツリーを生成し、前記k-aryツリーの各ノードは前記それぞれの球体の任意の部分が占有されている場合に占有されていると識別される球体である、請求項17に記載のシステム。
- 前記ロボットが、ロボット付属物を含み、
前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行は、前記少なくとも1つのプロセッサに、
前記ロボット付属物の第1のポーズと前記ロボット付属物の第2のポーズの間の前記ロボット付属物の動作について、前記ロボット付属物のC空間における前記ロボット付属物の前記第1のポーズと前記第2のポーズの間の複数の中間ポーズを、前記C空間において連続的に隣接するポーズの複数の対の間の距離が動作細分割粒度についての受信値を満たすまで計算するステップをさらに実行させる、請求項17に記載のシステム。 - 前記ロボット付属物の複数の中間ポーズを計算するために、前記少なくとも1つのプロセッサは、
前記ロボット付属物の関節のそれぞれについて、前記第1および前記第2のポーズにおける前記関節のそれぞれの位置および向きの間を補間してn番目の中間ポーズを取得するステップと、
前記ロボット付属物の関節のそれぞれについて、終了条件に達するまで、それぞれのi番目の反復についてのそれぞれの最近傍ポーズの対における前記関節のそれぞれの位置および向きの間を反復的に補間するステップを実行する、請求項30に記載のシステム。 - 前記終了条件はn番目の中間ポーズを得るように動作細分化粒度を満たす連続的に隣接するポーズ間の距離であり、
前記プロセッサ実行可能命令またはデータのうちの前記少なくとも1つの実行は、前記少なくとも1つのプロセッサに、複数の前記反復に対して、前記終了条件に達したかどうかを決定するステップをさらに実行させる、請求項31に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサ実行可能命令またはデータの実行はさらに、前記少なくとも1つのプロセッサに、
複数の前記ポーズの各々について、動力学ロボットモデル上で順方向動力学計算を実行して、前記ロボット付属物の各リンクの複数の変換を計算するステップをさらに実行させる、請求項30に記載のシステム。 - 前記ロボットの任意の部分が前記ロボットの他の部分と衝突するかどうかの決定、前記ロボットの任意の部分が任意の持続的障害物と衝突するかどうかの決定、又は、前記ロボットの任意の部分が任意の過渡的障害物と衝突するかどうかの決定の少なくとも1つが、階層表現またはユークリッド距離場表現のうちの少なくとも1つに基づく決定を含む、請求項17に記載のシステム。
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