JP7374723B2

JP7374723B2 - 情報処理方法、情報処理装置、およびロボットシステム

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Description

本発明は、複数の物体モデルが存在する仮想空間で、少なくとも１つの物体モデルを動作させるシミュレーションを行う情報処理方法、情報処理装置、およびロボットシステムに関する。

昨今様々な生産現場でロボットが用いられており、それらロボットの動作確認をオフラインで行う事ができるシミュレータの需要が高まっている。例えば、ロボットが他の治具に衝突していないかを確認するシミュレーションや、ロボット・治具・ワークなどの機構を構成する部品の挙動をコンピュータでシミュレートすることで組立プロセス設計を支援するダイナミクスシミュレーションが挙げられる。

産業用ロボットで物体を組み立てる工程のダイナミクスシミュレーションを行う場合、物体モデル同士が接触した際に発生する接触力を正確に計算する必要がある。この接触力の計算方式は、計算量が少ないペナルティ法と、計算量が多いが理論的に正確性が保証されている解析法に大別する事ができる。

特許文献１は、物体モデル同士のオーバーラップ量から接触力を求めるペナルティ法に、弾性計算を導入した際の問題点を解決する手法を開示している。特許文献１の手法では、接触の開始時と終了時に発生する計算誤差を軽減するために、計算時間を細かく分割する。

非特許文献１は、解析法を用いて、接触力を正確に計算する手法を開示している。非特許文献１の手法は、物体同士の近接点において接触前と接触後の相対速度が理論的に正しくなるように連立方程式を立て、近接点の速度と接触力に関する条件式を用い、線形相補性問題として解くものである。

特開２０１１－１２３５５８号公報

"Fast Contact Force Computation for Non-Penetrating Rigid Bodies", SIGGRAPH 94, pp. 23-34 (1994).

コンピュータグラフィックスなどの分野では、接触力の計算にはペナルティ法が用いられる傾向がある。これに対して、産業用のロボットのシミュレーションなどにおいては、接触力の計算には精度が求められるため解析法が望ましい。

解析法では、接触力を計算するために物体同士が十分近づいた際の近接点を用いるが、物体同士がオーバーラップすると、近接点を計算する事ができなくなる。そこで、オーバーラップ前に、物体同士が十分近づいたかどうかを物体同士の距離を接触閾値と比較して判定する必要がある。このとき、物体同士のオーバーラップ状態を防ぐ目的では、比較的大きな接触閾値を設定する。これにより、実際の接触点とかけ離れた点が力計算のための近接点として選ばれる傾向が生じ、シミュレーション精度が低下する可能性がある。

本発明の課題は、上記の問題点に鑑み、オーバーラップが発生した後も、解析法の接触力演算に必要な近接点を求め、適切、かつ高精度なシミュレーション処理を継続することができるようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、複数の物体モデルが存在する仮想空間で、少なくとも１つの物体モデルを動作させるシミュレーションを行う情報処理方法において、制御装置が、第１のシミュレーションステップにおいて、複数の物体モデルのオーバーラップが発生しているか否かを判定し、前記複数の物体モデルのオーバーラップが発生している場合、シミュレーションの状態をオーバーラップが生じていない過去の第２のシミュレーションステップにロールバックさせる工程と、前記制御装置が、ロールバックさせた前記第２のシミュレーションステップにおいて、前記物体モデルの所定の閾値以内の距離で互いに近接する近接点を取得し、取得した前記近接点の接触前と接触後の相対速度を用いて、前記物体モデル同士が接触した場合に前記物体モデルの間に働く接触力を演算する工程と、を含む構成を採用した。

上記構成によれば、物体モデルのオーバーラップが発生した後も、解析法の接触力演算に必要な近接点を求め、適切、かつ高精度なシミュレーション処理を継続することができる。

本発明の実施形態に係る情報処理装置として、シミュレーション装置の制御系を示したブロック図である。本発明の実施形態に係るシミュレーション処理の概略を示したフローチャート図である。本発明の実施形態に係るシミュレーションの計算処理を詳細に示したフローチャート図である。（ａ）～（ｄ）は、物体モデル同士のオーバーラップに係る種々の状態を示した説明図である。本発明の実施形態に係る接触閾値の拡大の例を示した説明図である。本発明の実施形態に係る接触閾値を設定するユーザーインターフェースの構成例を示した説明図である。本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の外観、および画面表示の構成例を示した説明図である。本発明の実施形態に係る、ロボット制御プログラム設定のためのユーザーインターフェースの構成例を示した説明図である。本発明の実施形態において、最大ロールバック回数を超えた場合に用いるユーザーインターフェースの構成例を示した説明図である。本発明の実施形態において、接触閾値が最大値を超えた場合に用いるユーザーインターフェースの構成例を示した説明図である。本発明の実施形態に係る、接触閾値の初期値を考慮したシミュレーションの計算処理を詳細に示したフローチャート図である。本発明の実施形態に係る、接触閾値の初期値を設定可能なユーザーインターフェースの構成例を示した説明図である。物体モデル同士が接触する場合の速度を示した説明図である。物体モデル同士の相対速度を示した説明図である。本発明の実施形態において、接触閾値を用いた物体同士の距離、接触状態、ないしオーバーラップに係る判定を示した説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は参考数値の例示に過ぎない。

＜実施形態１＞
本実施形態のシミュレーション処理（情報処理方法）を実行可能な情報処理装置の構成例を図１に示す。図１の装置は、例えば、ロボット装置を制御するロボット制御プログラムに記述された態様で、ロボット装置が操作する対象の物体に対応する物体モデルを仮想空間で動作させるシミュレーション装置である。

図１のシミュレーション装置１は、演算部としてのＣＰＵ２０、記憶媒体としてのＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、ＨＤＤ２３、記録ディスクドライブ２４、各種のインターフェース２５，２６，２７，２８を備えている。ＣＰＵ２０には、これらＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、ＨＤＤ２３、記録ディスクドライブ２４、インターフェース２５，２６，２７，２８が、バス２９を介して相互に通信可能に接続されている。

また、図７はこのシミュレーション装置１と、ロボット制御装置１８０、ロボット装置１８１から成るロボットシステムを含む構成の一例を示している。図７では、シミュレーション装置１は、図１のＣＰＵ２０を中心としたブロック（ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、ＨＤＤ２３など）を含む、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）のような形態の制御端末として図示してある。シミュレーション装置１には、キーボード１１、マウス１２、モニタ１３が接続されている。

図７のモニタ１３は、シミュレーション画面１００を表示している。シミュレーション画面１００は、ロボットモデルや、それにより操作される部品（物体モデル）を表示するＣＧ画面を備える。このシミュレーション画面１００は、さらに接触閾値などの設定操作を行うためのユーザーインターフェース４０（図６）や、ロボット制御プログラムを設定するためのユーザーインターフェース１０００（図８）などを備えている。

本実施形態のシミュレーション装置１は、接触を伴うロボット装置１８１の動作をオフラインで確認するような用途を想定している。例えば、図７において、シミュレーション装置１は、ロボット制御装置１８０がロボット装置１８１を駆動制御するためのロボット制御プログラムの検証などに利用できる。例えば、ハンド１８２、アーム、操作するワーク１８３、１８４などの各物体の接触を伴う動作をシミュレーションすることにより、ロボット装置１８１を駆動制御するロボット制御プログラムの妥当性を検証することができる。

ＲＯＭ２１には、ＣＰＵ２０を動作させるための各種のプログラムが格納されており、ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１に格納されたプログラムに基づいて後述する部品の組立シミュレーションの演算処理を実行可能となっている。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２０の処理結果を一時的に記憶するための記憶手段である。ＨＤＤ２３は、記憶装置であり、部品データ、ダイナミクス計算や接触力計算の計算式等の各種情報を予め記憶している。また、ＣＰＵ２０は、ＨＤＤ２３は、ＣＰＵ２０による演算結果等のデータを記憶させる。

図１の制御系は、主制御手段としてのＣＰＵ２０、記憶装置としてのＲＯＭ２１、およびＲＡＭ２２を備えたＰＣハードウェアなどによって構成されている。ＲＯＭ２１には、本実施形態の組立シミュレーションを実現するためのＣＰＵ２０の制御プログラムや定数情報などを格納しておくことができる。また、ＲＡＭ２２は、その制御手順を実行する時にＣＰＵ２０のワークエリアなどとして使用される。

本実施形態のシミュレーション処理を実現するためのＣＰＵ２０の制御プログラムは、上記のＨＤＤ２３やＲＯＭ２１の（例えばＥＥＰＲＯＭ領域）のような記憶部に格納しておくことができる。その場合、本実施形態の制御手順を実現するためのＣＰＵ２０の制御プログラムは、ネットワークインターフェースなどを介して、上記の各記憶部に供給し、また新しい（別の）プログラムに更新することができる。また、あるいは、後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ２０の制御プログラムは、例えば記録ディスクドライブ２４から上記の各記憶部に供給し、またその内容を更新することができる。記録ディスクドライブ２４は、例えば、各種の磁気ディスクや光ディスク、フラッシュメモリなどの記憶手段と、そのためのドライブ装置などから成る。本実施形態の制御手順を実現するためのＣＰＵ２０の制御プログラムを格納した状態における各種の記憶手段、記憶部、ないし記憶デバイスは、本発明の制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成することになる。

シミュレーション装置１は、インターフェース２５を介して接続されたキーボード１１及びインターフェース２６を介して接続されたマウス１２などから成る操作入力部を備える。この操作入力部ハードウェアを用いて構成されるユーザーインターフェースを介して、ユーザは各種の設定操作を行うことができる。さらに、シミュレーション装置１には、インターフェース２７を介して接続されたモニタ１３が備えられており、データ入力（編集）画面、部品等を仮想三次元空間に表示する表示画面などの各種画面が表示可能となっている。また、インターフェース２８は、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の外部記憶装置１４が接続可能に構成されている。

図２はシミュレーション全体の処理の流れを示している。以下で説明するシミュレーション処理は、複数の物体モデルが存在する仮想空間で、少なくとも１つの物体モデルを動作させるものである。これらシミュレーションモデルとしての物体モデルは、例えば、産業用のロボット装置、ないしそのロボット装置に対応するワークなどの物体、あるいはロボット装置が配置された実環境（仮想空間に相当）中に配置された障害物などの物体に相当する。なお、以下の仮想空間における物体モデルについては、簡略に「物体」と記載する場合がある。また、以下のシミュレーション処理の説明では、部品（ワーク）ロボット（装置）、障害物などの物体に相当する物体モデルも、「部品（ワーク）」、「ロボット（装置）」、「障害物」など、実環境における部材名称により言及する場合がある。

本実施形態において、例えばロボット装置を動作させるロボット装置を制御するロボット制御プログラムに記述された態様で、前記ロボット装置が操作する対象の物体に対応する前記物体モデルを前記仮想空間で動作させる。このシミュレーション処理により、ロボット制御プログラムに記述されたロボット動作を検証することができる。そして、検証し、あるいはさらに必要な修正を行ったロボット制御プログラムを用いて、実際のロボット装置に物体モデルに相当するワークを操作させる組立動作を行い、例えば、物品の製造を実施することができる。

本実施形態のシミュレーション処理は以下のように行われる。まず、ロボット装置のリンクやワークの位置情報、質量、慣性モーメント、重心位置、３Ｄモデルとして記述された物体モデル、その初期変位、初期速度、初期加速度、などの情報を読み込み、シミュレーションモデルの設定を行う（Ｓ１）。

次に、シミュレーション時間、シミュレーション時間間隔、物体同士の反発係数、部品同士が接触したと判断するための所定の閾値、即ち接触閾値など、シミュレーション全体に係るシミュレーション条件について設定する（Ｓ２）。シミュレーションを行う準備ができたら、シミュレーション計算を開始する（Ｓ３）。

本実施形態のシミュレーション計算では、１ステップずつ計算を行い、シミュレーションを進める。ここで、図３および図４を参照して本実施形態のシミュレーション計算について説明する。

図３は、接触計算を含むシミュレーション計算のフローチャートを表している。シミュレーション計算では、まず、後述の過去のシミュレーションステップへロールバックした後、用いるため、現在のシミュレーションステップ（第１のシミュレーションステップ）における位置と速度をバックアップする（Ｓ４）。下式においてｑ_{ｂａｃｋｕｐ}で示す位置と加速度の変数領域は、例えばＲＡＭ２２などに確保される。

次に以降で説明するロールバックのために、シミュレーションの接触計算に用いる近接点数のゼロクリアを行う（Ｓ５）。なお、この接触計算の概略は、例えば以下の疑似プログラムコードに示すような判定処理である。

次に下式のようなダイナミクス計算を行い、物体にかかる力から加速度を計算する（Ｓ６）。その場合、剛体の運動方程式は下式に示すように記述できる。

上式において、ｑ、その微分、２階微分はそれぞれ剛体の変位、速度、加速度、τは剛体にかかる接触力である。また、Ｈ（）は慣性項、Ｃ（）はコリオリ・遠心項、Ｇ（）は重力項である。上式の接触力τを用い、下式のように、剛体にかかる接触力から加速度を計算することができる。

次に、加速度から速度と位置を計算する積分計算を行う（Ｓ７）。剛体の初期状態は、一般的には下式のように与えられる。

シミュレーション計算では、この初期状態（初期シミュレーションステップ）から離散ステップ(ｔ)だけ進んだ次の状態（シミュレーションステップ）を、数値積分手法で連続的に計算する。例えばオイラー積分の場合、シミュレーション計算は下式のように計算することができる。

そして、この歩進させた後のシミュレーションステップにおいて、接触計算を行い部品同士のオーバーラップがあるかどうかを確認する（Ｓ８）。ここでオーバーラップがなければ（Ｓ８のＮＯ）、シミュレーションが完了したかを確認（Ｓ９）し、シミュレーションを続行する場合（Ｓ９のＮＯ）は、制御をループさせ、次のシミュレーションステップの計算に移る。

図４（ａ）～（ｄ）は、シミュレーション計算結果の一例を示している。図４（ａ）～（ｄ）において、物体３１はシミュレーション対象の物体であり、物体３３１、３３２は障害物を示しており、ここでは、物体３１と、物体３３１、３３２は互いに接近する速度を持っているものとする。シミュレーション計算を行うことにより、シミュレーション対象の物体３１は、図４（ａ）～（ｄ）に３２、３２７～３２９で示すような位置に移動する。３２、３２９の場合は、物体と障害物はオーバーラップしていない状態である。

ところで、シミュレーション計算は離散ステップで行われるため、例えば、図４（ａ）～（ｄ）に示すように、位置を計算した際に物体同士、例えば物体３３１ないし３３２と物体３２７ないし３２８がオーバーラップする可能性がある。

解析法で接触力計算を行う場合は物体間の近接点の計算が必要であるが、オーバーラップが発生すると近接点が計算できないので接触力計算ができなくなる。図４（ｂ）は、オーバーラップした場合のシミュレーション計算の結果を表している。ここでは、シミュレーション計算の結果、３２７で示すように、物体３１が物体３３１（障害物）とオーバーラップしている。そして、オーバーラップが確認（Ｓ８のＹＥＳ）された場合には、シミュレーション状態を過去のシミュレーションステップにロールバックする（Ｓ１０）。このロールバック操作では、バックアップしたシミュレーションデータ（数式１に示した位置、加速度の変数領域）を用い、下式のようにシミュレーション状態（位置、加速度）を以前の状態（シミュレーションステップ）に戻す。

図４（ｂ）のように、離散ステップｔ＋Δｔで物体のオーバーラップが検出されると、上記のようにロールバックしたステップ（第２のシミュレーションステップ）で接触力が発生したものとして取り扱う。具体的には、物体が接触閾値内に存在するまで接触閾値の拡大（図３のＳ１１）と、接触閾値内に物体が存在するか否かの判定（Ｓ１２）を実施し、その後に近接点の取得計算（Ｓ１３）を行う。接触閾値の拡大フローの最後には、閾値拡大によって近接点の数が増加したかどうかを判定し（Ｓ１４）、近接点が増加した場合（Ｓ１４のＹＥＳ）には、近接点数を保存する（Ｓ１５）。この近接点数の保存は、接触閾値拡大後の接触力計算に基づき、再度オーバーラップ判定が生じた場合に必要となるために行うものである。

なお、物体（例えばロボットで操作する部品やワーク）同士のオーバーラップや、接触閾値以内に物体同士が存在するかの判定方法については、公知の技術を利用できる。この種の干渉検出の手法は、例えば”Ｒｅａｌ－ＴｉｍｅＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎ”，ＣＲＣＰｒｅｓｓ，２００４になどに記載されている。

例えば、部品の接触確認は、３Ｄモデルの３角形ポリゴン情報を用いて行う。２つの部品の３角形ポリゴンの要素それぞれについて交差が起きているかどうかを判定することにより、物体同士が接触しているかどうかを確認できる。３角形同士の交差の有無の判定手法は様々であるが、三角形の３頂点情報の関係性を用いた幾何学的演算により容易に計算することができる。同様に、接触閾値以内に物体同士が存在するか否かは、下記の疑似プログラムコードに示すような演算において、２つの部品の３角形ポリゴンのそれぞれについての距離Ｌと閾値Ｔを比較することで容易に判定できる。

接触閾値内に物体が存在した場合には、接触力の計算を行う（Ｓ１６）。この接触力に関しては、非特許文献１に記載の方法を利用して計算を行う。この非特許文献１の手法は、物体同士の近接点において接触前と接触後の相対速度が理論的に正しくなるように連立方程式を立て、近接点の速度と接触力に関する条件式を用い、線形相補性問題として解くものである。

図５は、物体３１と物体３３に関して、接触閾値を拡大するデータ操作を示している。本実施形態において、接触閾値は、この値よりも物体同士が近接した場合に接触が発生したとするための基準である。図５において、最初は、接触閾値は３５１の状態であり、このとき閾値（３５１）以内の距離に物体３１と物体３３（障害物）が存在しない。本実施形態の処理では、この場合、接触閾値を３５２の状態に拡大する。このとき、物体３１と障害物３３は互いに接触閾値の相対距離に存在するため、接触が発生しているものとして取り扱えるようになる。この閾値拡大の操作について、ロールバック時の拡大量の設定は、予めシミュレーション条件設定（Ｓ２）で行うことが考えられる。

図８は、ロボット制御プログラムを設定するためのユーザーインターフェース１０００を示している。図８のユーザーインターフェース１０００は、マウス１２のクリックやドラッグ、あるいはキーボード１１からのキーボードショートカット操作などによって操作することができる。ユーザーインターフェース１０００のダイアログは、メニュー１０１を有し、このメニュー１０１は、例えばプルダウン（アップ）メニューなどの形態で実装され、シミュレーションに用いるロボット制御プログラムを指定できるように構成される。メニュー１０１のメニューアイテムには、ＨＤＤ２３などに現在格納されているロボット制御プログラムがリストされる。

メニュー１０１でロボット制御プログラムを選択し、図８の開始ボタン１０１１を操作すると、仮想空間内で、ロボット制御プログラムで定義された動作を行うよう、仮想ロボットを動作させるシミュレーションを開始させることができる。仮想ロボット（当然ながら、これもシミュレーション対象の物体モデルの１つである）の動作は、図７のシミュレーション画面１００中で、例えば３Ｄ表示などの形態でアニメーション表示させることができる。図８の停止ボタン１０１２は開始させたシミュレーションを停止（一時停止）させるために用いられる。

図８のユーザーインターフェース１０００で選択されるロボット制御プログラムには、位置制御や力制御などのパラメータが記述されている。シミュレーションする仮想環境中では、もちろん、ロボット装置のアームやハンドなどの部位は、ロボット装置が操作するワークなどとともに、物体モデルとして取り扱う。シミュレーション環境で、ロボット制御プログラムに従い、これらの物体モデルを動作させることにより、例えば、ロボット制御プログラムの妥当性を検証することができる。

シミュレーション計算における接触計算は計算コストが大きいため、図６のようなインターフェース４０を用いてシミュレーションの精度と速度を調整できるようにしておくとよい。

図６のユーザーインターフェース４０のダイアログにおいて、フィールド４３は、最大ロールバック回数を指定するための、例えば数値入力フィールドである。ユーザは、フィールド４３を介して図３のＳ１０で行われるロールバックの回数の上限を指定することができる。最大ロールバック回数の値は、Ｓ１０から始まるフローの無限ループの可能性を排除するために有効な設定項目である。

最大ロールバック回数がフィールド４３を介して指定した上限値に達した場合には、図９に示すようなダイアログ１１００をポップアップ表示し、シミュレーション継続の如何をユーザに尋ねる。図９のダイアログ１１００は、最大ロールバック回数が指定した上限値に達したことを報知する、例えばテキスト、あるいはさらにアイコンなどのシンボル表示によるメッセージ１１０３を備える。また、図９のダイアログ１１００は、ユーザがシミュレーションを継続させるための継続ボタン１１０１と、シミュレーションを停止させるための停止ボタン１１０２と、を有する。

図６のユーザーインターフェース４０を構成するダイアログにおいて、フィールド４４は、ユーザが接触閾値の拡大幅を指定するための、例えば数値入力フィールドである。この接触閾値の拡大幅は、図３のＳ１１で用いられる接触閾値の拡大幅に相当する。ここで与える拡大幅が小さいほど接触計算の精度が上がるが、計算コストが大きくなる。なお、フィールド４４では、０以下の拡大幅は設定できないものとする。

図６のダイアログ４０において、フィールド４５は、図３のＳ１１～Ｓ１３で用いられる接触閾値の最大値をユーザが指定するための、例えば数値入力フィールドである。この接触閾値の最大値は、図３のＳ１０から始まるフローの無限ループの可能性を排除するために有効である。

図６のフィールド４５から指定した接触閾値が上限（最大値）に達した場合には図１０のようなダイアログ提示する。シミュレーション継続の如何をユーザに問うのが適当である。また、図１０のダイアログ１１００は、接触閾値が上限（最大値）に達したことを報知する、例えばテキスト、あるいはさらにアイコンなどのシンボル表示によるメッセージ１１０４を備える。また、図１０のダイアログ１１００は、ユーザがシミュレーションを継続させるための継続ボタン１１０１と、シミュレーションを停止させるための停止ボタン１１０２と、を有する。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）のシミュレーションをロールバックし、閾値拡大を行い、近接点を計算した場合のシミュレーション結果の一例を示している。図４中の３４１、３４２は、物体３１、３３２同士の近接点を表している。近接点３４１と近接点３４２はペアになっており、この２点間の位置関係により反発力や摩擦力の方向が計算される。図４（ｃ）例では、実線で示した物体３１に対して、接触力を元にシミュレーション計算を行った結果、３２８で示すように、シミュレーション対象の物体３１が障害物３３１とオーバーラップしている結果となっている。

図４（ｄ）は、シミュレーションステップをロールバックし、物体３１と、３３２の近接点３４１、３４２と、物体３１と、３３１の近接点３４３、３４４を計算した状態である。この状態から、物体３１の位置、速度、加速度などから接触力をシミュレーション計算することができる。

これにより、接触力計算を無効にしてしまう物体３１と障害物３３のオーバーラップは解消される。そして、この場合は、シミュレーションをロールバックさせた位置、速度、加速度などから計算した物体３１が物体３３１と物体３３２に対する接触力によって跳ね返るシミュレーションが実行できている（３２９）。

以上に示したように、本実施形態のシミュレーション演算によれば、シミュレーション中に物体同士のオーバーラップが発生した場合でも、適切にシミュレーション演算を継続する事ができる。また、本実施形態のユーザーインターフェースによれば、シミュレーションをロールバックさせる場合には、接触閾値を拡大することができ、これにより、ロールバックした状態からのオーバーラップを解消できる可能性を増大させることができる。また、本実施形態ユーザーインターフェースによれば、接触閾値の拡大幅を小さな値に制限することもでき、シミュレーションを物体同士がより近接した接触状態に近い位置から続行させることができる。これにより、続行されるシミュレーションの接触力計算の精度を向上させることができる。また、ロールバックを行ってもオーバーラップが解消していなければ、オーバーラップを繰り返し、実行させることができる。その場合、本実施形態のユーザーインターフェースによれば、繰り返し実行回数を制限することができ、シミュレーション演算が無限ループ状態に入るような障害を回避することができる。

即ち、本実施形態によれば、複数の物体間の接触力を用いるシミュレーション処理において、物体同士のオーバーラップが発生しても解析法を用いたシミュレーションを継続することができる。また、オーバーラップが発生した際には状況に応じて最小な接触閾値が決定される。このため、従来技術におけるように、あらかじめ大きな接触閾値を設定する必要がなく、接触シミュレーションの精度が向上する。また、物体同士がオーバーラップした時のみ接触力計算を行うように計算を進めることができ、物体同士がオーバーラップしていない間の物体同士の接触閾値内判定を省略できるため、処理コストを大きく低減する事ができる。

＜実施形態２＞
シミュレーション開始前に、上述の接触閾値の初期値を適宜設定しておき、物体モデル同士のオーバーラップが生じる前に、ロールバックを行うことなく接触力のシミュレーション演算が行われるよう制御手順を構成することもできる。

本実施形態の図１１の制御手順は、図３の制御に、接触閾値の初期値を判定し、接触閾値以内に物体モデル同士が近接した場合にステップＳ１３に分岐するためのステップＳ１７を追加したものである。図１１の他のステップは、上述の図３で説明したものと同じであるため、ここでは重複した説明は省略する。

また、図１２は、接触閾値の初期値を考慮した図６のユーザーインターフェースに、接触閾値の初期値を設定するための入力フィールド４６を追加したユーザーインターフェースを示している。図１２のユーザーインターフェースにおいて、入力フィールド４６により設定された接触閾値の初期値は、図１１のステップＳ１７で用いられる接触閾値の初期値である。

以上のように、本実施形態は、シミュレーション制御に図１１のようにステップＳ１７の分岐を追加しておき、適宜接触閾値の初期値を設定できるよう構成されている。このような構成により、物体モデル同士のオーバーラップが生じる前に、ロールバックを行うことなく接触力のシミュレーション演算を行わせることができる。従って、本実施形態によれば、接触力シミュレーションをより高速化することができる。

なお、シミュレーション装置は、図３の制御手順と、図１１の制御手順を双方とも用意しておき、適当な選択ユーザーインターフェース（不図示）を介していずれかの制御手順を選択できるように構成してもよい。あるいは、上記の選択ユーザーインターフェースは、図１１のステップＳ１７の分岐制御を挿入（有効化）するか否かを決定するラジオボタンなどにより構成してもよい。このような構成により、接触状態が少ないと予想されるようなシミュレーションでは図３の制御を用い、接触状態が多いと予想されるようなシミュレーションでは、図１１の制御を用いるような選択が可能となる。

＜実施形態３＞
上記実施形態１では、シミュレーション中にオーバーラップが発生し、ロールバックを行う場合に、物体モデル同士のオーバーラップないし近接状態を判定するための接触閾値を拡大する、またその拡大幅を設定可能な構成を例示した。

上記実施形態１の例は、接触閾値の拡大幅を手動設定するものであった。しかしながら、このような手動設定によると、ユーザが選択した接触閾値の拡大幅の設定と、シミュレーションする環境やモデルの構成との不整合によって、好ましくない制御状態が生じる可能性がある。例えば、接触閾値の拡大幅は、小さすぎると近接点検出までの閾値拡大の繰り返し回数が多くなり、大きすぎると意図しない近接点を検出してしまう。

そこで、接触閾値の拡大幅の適正値を、物体モデルの状態に応じて自動設定する構成が考えられる。本実施形態では、接触閾値の拡大幅を、物体モデルの状態、例えば物体モデルの相対速度に基づき、計算、設定する例を示す。

図１３は、シミュレーション中にオーバーラップする物体モデル３６、３９（例えば部品）を示している。ここで、物体モデル３６は１ステップ後に位置３７に移動するような速度３８を有し、物体モデル３９は１ステップ後に位置４２に移動するような速度４１を有する。実施形態１と同様の制御によると、物体モデル３６、３９が位置３７、４２を占めた時、オーバーラップが発生し、シミュレーションステップのロールバックが行われる。

この場合、本実施形態では、例えば下式のような演算によって、接触閾値の拡大幅を計算する。まず、物体モデル３６の速度３８(ｖ_１)と物体モデル３９の速度４１(ｖ_２)を用いて、物体モデル３６と物体モデル３９の相対速度４２‐１(ｖ_ｒｅｌ)を算出する。ここで、図１４は、図１３中の速度３８(ｖ_１)、物体モデル３９の速度４１(ｖ_２)、物体モデル３６と物体モデル３９の相対速度４２‐１(ｖ_ｒｅｌ)のベクトル表現で示している。

そして、下式のように相対速度にシミュレーションの１ステップの時間(Δｔ)を乗算することにより、それぞれの物体モデル（例えば部品）がシミュレーションの１ステップにおいて近づく距離(Ｄ)を算出できる。

以上のように、相対速度４２‐１にシミュレーションの１ステップの時間を掛けた値を接触閾値の拡大幅とすることにより、たかだか１回の接触閾値拡大の試行で物体同士の近接点４３‐１と近接点４３‐２のペアを取得することができる（図１５）。

以上のように、本実施形態によれば、シミュレーション処理に必要な物体モデルの接触閾値の拡大幅の適正値を、物体モデルの状態に応じて自動設定することができる。例えば、接触閾値の拡大幅は、物体モデルの状態、例えば物体モデルの相対速度に基づき、計算、設定することができる。従って、熟練を必要とする手動設定を行う必要がなく、自動的にシミュレーション処理に必要な物体モデルの接触閾値の拡大幅の適正値を、物体モデルの状態に応じて自動設定することができる。

本発明は上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１…シミュレーション装置、１３…モニタ、２０…ＣＰＵ、２１…ＲＯＭ、２２…ＲＡＭ、２３…ＨＤＤ、２５～２８…インターフェース、１０００…ユーザーインターフェース、１０１１…開始ボタン、１０１２…停止ボタン、３１、３２、３３１、３３２…物体（物体モデル）。

Claims

複数の物体モデルが存在する仮想空間で、少なくとも１つの物体モデルを動作させるシミュレーションを行う情報処理方法において、
制御装置が、第１のシミュレーションステップにおいて、複数の物体モデルのオーバーラップが発生しているか否かを判定し、前記複数の物体モデルのオーバーラップが発生している場合、シミュレーションの状態をオーバーラップが生じていない過去の第２のシミュレーションステップにロールバックさせる工程と、
前記制御装置が、ロールバックさせた前記第２のシミュレーションステップにおいて、前記物体モデルの所定の閾値以内の距離で互いに近接する近接点を取得し、取得した前記近接点の接触前と接触後の相対速度を用いて、前記物体モデル同士が接触した場合に前記物体モデルの間に働く接触力を演算する工程と、を含む情報処理方法。
請求項１に記載の情報処理方法において、前記制御装置は、ロールバックさせた前記第２のシミュレーションステップにおいて、前記近接点を取得する場合、前記近接点が得られるよう、前記閾値を初期値よりも拡大して前記物体モデルの所定の閾値以内の距離で互いに近接する近接点を取得する情報処理方法。
請求項１に記載の情報処理方法において、前記制御装置は、前記閾値を拡大しながら、前記近接点の取得を繰り返し試行し、前記物体モデル同士の近接点の数が増加した場合、取得した前記近接点の接触前と接触後の相対速度を用いて前記物体モデルの間の接触力を演算する情報処理方法。
請求項２または３に記載の情報処理方法において、前記制御装置が、ユーザーインターフェース装置を介して、ユーザによる、前記閾値に係る数値の設定操作を受け付ける情報処理方法。
請求項２から４のいずれか１項に記載の情報処理方法において、前記制御装置が、前記閾値の拡大幅を前記物体モデル同士の相対速度を用いて決定する情報処理方法。
請求項１から５のいずれか１項に記載の情報処理方法において、前記制御装置が、前記複数の物体モデルをそれぞれ構成するポリゴンの交差の有無に応じて、複数の物体モデルのオーバーラップが発生しているか否かを判定する情報処理方法。
請求項１から６のいずれか１項に記載の情報処理方法に記載の各工程を前記制御装置を構成するコンピュータに実行させる制御プログラム。
請求項７に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
複数の物体モデルが存在する仮想空間で、少なくとも１つの物体モデルを動作させるシミュレーションを行う情報処理装置において、
第１のシミュレーションステップにおいて、複数の物体モデルのオーバーラップが発生しているか否かを判定し、前記複数の物体モデルのオーバーラップが発生している場合、シミュレーションの状態をオーバーラップが生じていない過去の第２のシミュレーションステップにロールバックさせ、ロールバックさせた前記第２のシミュレーションステップにおいて、前記物体モデルの所定の閾値以内の距離で互いに近接する近接点を取得し、取得した前記近接点の接触前と接触後の相対速度を用いて、前記物体モデル同士が接触した場合に前記物体モデルの間に働く接触力を演算する制御装置を備えた情報処理装置。
請求項９に記載の情報処理装置において、前記制御装置は、ロールバックさせた前記第２のシミュレーションステップにおいて、前記近接点を取得する場合、前記閾値を初期値よりも拡大して前記物体モデルの所定の閾値以内の距離で互いに近接する近接点を取得する情報処理装置。
請求項９に記載の情報処理装置において、前記制御装置は、前記閾値を拡大しながら、前記近接点の取得を繰り返し試行し、前記物体モデル同士の近接点の数が増加した場合に、取得した前記近接点の接触前と接触後の相対速度を用いて前記物体モデルの間の接触力を演算する情報処理装置。
請求項１０または１１に記載の情報処理装置において、前記制御装置が、ユーザーインターフェース装置を介して、ユーザによる、前記閾値に係る数値の設定操作を受け付ける情報処理装置。
請求項１０から１２のいずれか１項に記載の情報処理装置において、前記制御装置が、前記閾値の拡大幅を前記物体モデル同士の相対速度を用いて決定する情報処理装置。
請求項９から１３のいずれか１項に記載の情報処理装置において、前記制御装置が、前記複数の物体モデルをそれぞれ構成するポリゴンの交差の有無に応じて、前記複数の物体モデルのオーバーラップが発生しているか否かを判定する情報処理装置。
請求項９から１４のいずれか１項に記載の情報処理装置と、ロボット装置と、を備え、前記情報処理装置が、前記ロボット装置を制御するロボット制御プログラムに記述された態様で、前記ロボット装置が操作する対象物体に対応する前記物体モデルを前記仮想空間で動作させて前記ロボット制御プログラムを検証し、検証した前記ロボット制御プログラムによって前記ロボット装置を動作させるロボットシステム。
請求項１５に記載のロボットシステムの前記ロボット装置により、前記対象物体としてのワークを操作し、前記ワークから物品を製造する物品の製造方法。