JP7400644B2

JP7400644B2 - 動作経路生成装置、動作経路生成方法および動作経路生成プログラム

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Publication number: JP7400644B2
Application number: JP2020115042A
Authority: JP
Inventors: 将太石川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2040-07-02
Also published as: US20220001536A1; JP2022012887A

Description

複数の関節を備えたロボットの動作経路を生成する技術に関する。

ロボットの動作経路を生成する装置が知られている。特許文献１には、確率的に動作経路を生成する処理中に、干渉判定の結果から、新しく経由点を生成する探索方向を調整する技術が開示されている。

特許第５８６００８１号公報

特許文献１に開示されている技術では、干渉判定の結果から徐々に動作経路の生成を効率化していく。そのため、多数の干渉判定結果が得られるまで、効率的に経路を生成できない。

本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、ロボットの動作経路を効率的に生成することができる動作経路生成装置、動作経路生成方法および動作経路生成プログラムを提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための動作経路生成装置に係る１つの開示は、
複数の関節（２１、２２）と関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置であって、
ロボットの姿勢を関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの経由点から選択する親経由点選択部（１４２、３４２）と、
経由点を探索する領域である探索領域を設定する探索領域設定部（１４３）と、
探索領域内に、親経由点と連結する新たな経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成する経由点候補生成部（１４４、４４４）と、
経由点候補が障害物と干渉しているかを判定する干渉判定部（１４５）と、
干渉判定部が、経由点候補が干渉しないと判定した場合に、経由点候補を経由点として追加する経由点追加部（１４６）と、を備え、
探索領域設定部は、ロボットの作業空間における、全部の関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、ロボットの作業空間において、ロボットの各軸の移動量が最大移動量を超えないでかつ全軸の移動量が最大移動量を越えない関節の変化角度領域を探索領域に設定する。

この動作経路生成装置は、探索領域内で経由点候補をランダムに設定するので、探索領域が大きいほど、経由点候補が障害物に干渉する可能性が高くなる。つまり、干渉領域が大きいほど、経由点候補を生成しても、その経由点候補が障害物と干渉して経由点に追加できず、無駄な計算になる可能性が高くなる。

そこで、この動作経路生成装置は、関節が角度変化したときの全軸の移動量に上限である最大移動量を設定する。この最大移動量を決定するために、全部の関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とする。そして、関節の変化角度を探索する探索領域は、全軸の移動量がその最大移動量を越えない関節の変化角度領域とする。

このようにすることで、全部の関節が、それぞれ規定最大角度だけ変化する領域を探索領域とする場合に比較して、探索領域を狭くすることができる。探索領域の広さは干渉確率と比例すると考えられる。したがって、探索領域が狭くなることで、経由点候補が障害物と干渉してしまうことが低減されて、計算が無駄になる可能性が低減する。無駄な計算が低減することで、効率的に動作経路を探索できるようになる。
上記目的を達成するための動作経路生成装置に係る１つの開示は、複数の関節（２１、２２）と関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置であって、
ロボットの姿勢を関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの経由点から選択する親経由点選択部（１４２、３４２）と、
経由点を探索する領域である探索領域を設定する探索領域設定部（１４３）と、
探索領域内に、親経由点と連結する新たな経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成する経由点候補生成部（１４４、４４４）と、
経由点候補が障害物と干渉しているかを判定する干渉判定部（１４５）と、
干渉判定部が、経由点候補が干渉しないと判定した場合に、経由点候補を経由点として追加する経由点追加部（１４６）と、を備え、
探索領域設定部は、全部の関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、全軸の移動量が最大移動量を越えない関節の変化角度領域を探索領域に設定し、
探索領域設定部が設定した探索領域に、規定最大角度を越える角度変化が可能な部分がある場合、規定最大角度を越える部分が小さくなるように探索領域を調整する探索領域調整部（２４３）を備え、
経由点候補生成部は、調整後の探索領域内に経由点候補を生成する。
上記目的を達成するための動作経路生成装置に係る１つの開示は、複数の関節（２１、２２）と関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置であって、
ロボットの姿勢を関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの経由点から選択する親経由点選択部（１４２、３４２）と、
経由点を探索する領域である探索領域を設定する探索領域設定部（１４３）と、
探索領域内に、親経由点と連結する新たな経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成する経由点候補生成部（１４４、４４４）と、
経由点候補が障害物と干渉しているかを判定する干渉判定部（１４５）と、
干渉判定部が、経由点候補が干渉しないと判定した場合に、経由点候補を経由点として追加する経由点追加部（１４６）と、を備え、
探索領域設定部は、全部の関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、全軸の移動量が最大移動量を越えない関節の変化角度領域を探索領域に設定し、
親経由点選択部（３４２）は、経由点が親経由点として選択された回数が多いほど、経由点を親経由点として選択する確率を低くして、複数の経由点から親経由点を選択する。
上記目的を達成するための動作経路生成装置に係る１つの開示は、複数の関節（２１、２２）と関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置であって、
ロボットの姿勢を関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの経由点から選択する親経由点選択部（１４２、３４２）と、
経由点を探索する領域である探索領域を設定する探索領域設定部（１４３）と、
探索領域内に、親経由点と連結する新たな経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成する経由点候補生成部（１４４、４４４）と、
経由点候補が障害物と干渉しているかを判定する干渉判定部（１４５）と、
干渉判定部が、経由点候補が干渉しないと判定した場合に、経由点候補を経由点として追加する経由点追加部（１４６）と、を備え、
探索領域設定部は、全部の関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、全軸の移動量が最大移動量を越えない関節の変化角度領域を探索領域に設定し、
経由点候補生成部（４４４）は、
経由点候補の座標値が決まっていない座標から、次に座標値を決定する座標を選択する座標選択部（４４５）と、
座標選択部が選択した座標の座標値を、探索領域内になるように決定する座標値決定部（４４６）とを備え、
座標選択部は、経由点候補の位置が定まるための全部の座標値が決まるまで、次に決定する座標値を決定する座標を選択し、
座標値決定部は、一部の座標値が決定済みである場合、決定済みの座標値と探索領域とにより制限される範囲内で、座標選択部が選択した座標の座標値を決定する。

上記目的を達成するための動作経路生成方法に係る１つの開示は、
プロセッサによって実施され、複数の関節（２１、２２）と関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成方法であって、
ロボットの姿勢を関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの経由点から選択し（Ｓ２０、Ｓ２１）、
ロボットの作業空間における、全部の関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、ロボットの作業空間において、ロボットの各軸の移動量が最大移動量を超えないでかつ全軸の移動量が最大移動量を越えない関節の変化角度領域を、経由点を探索する領域である探索領域に設定し（Ｓ３０）、
探索領域内に、親経由点と連結する新たな経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成し（Ｓ４０、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３）、
経由点候補が障害物と干渉しているかを判定し（Ｓ５０）、
経由点候補が干渉しないと判定した場合に、経由点候補を経由点として追加する（Ｓ６０）、動作経路生成方法である。

上記目的を達成するための動作経路生成プログラムに係る１つの開示は、
プロセッサによって実施され、複数の関節（２１、２２）と関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置として動作させる動作経路生成プログラムであって、
プロセッサが、
ロボットの姿勢を関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの経由点から選択し（Ｓ２０、Ｓ２１）、
ロボットの作業空間における、全部の関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、ロボットの作業空間において、ロボットの各軸の移動量が最大移動量を超えないでかつ全軸の移動量が最大移動量を越えない関節の変化角度領域を、経由点を探索する領域である探索領域に設定し（Ｓ３０）、
探索領域内に、親経由点と連結する新たな経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成し（Ｓ４０、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３）、
経由点候補が障害物と干渉しているかを判定し（Ｓ５０）、
経由点候補が干渉しないと判定した場合に、経由点候補を経由点として追加する（Ｓ６０）ように構成された動作経路生成プログラムである。

第１実施形態の動作経路生成装置１００の構成を示す図。動作経路を生成する対象となるロボット１０を説明する図。図１のプロセッサ１４０が実行する機能を示すブロック図。図１のプロセッサ１４０が実行する処理を示すフローチャート。関節空間を説明する図。第２関節２２を規定最大角度だけ角度変化させたときの移動領域Ａを示す図。第１関節２１を規定最大角度だけ角度変化させたときの移動領域Ａを示す図。最大移動量となるように第１関節２１を角度変化させた図。移動量ＳＡを算出する式１を示す図。第２実施形態のプロセッサ２４０が実行する機能を示すブロック図。図１０のプロセッサ２４０が実行する処理を示すフローチャート。Ｓ３０で設定した探索領域５０と規定最大領域５１を比較する図。第３実施形態のプロセッサ３４０が実行する機能を示すブロック図。図１３のプロセッサ３４０が実行する処理を示すフローチャート。プロセッサ３４０が親経由点ＰＰを選択する処理を説明する図。第４実施形態のプロセッサ４４０が実行する機能を示す図。プロセッサ４４０が実行する処理を示すフローチャート。プロセッサ４４０が経由点候補Ｑを生成する処理を説明する図。

＜第１実施形態＞
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態の動作経路生成装置１００の構成を示す図である。動作経路生成装置１００は、たとえば図２に示すロボット１０の動作経路を生成する装置である。動作経路とは、ロボット１０の姿勢の時間変化を意味する。

図２に示すロボット１０は、２つの軸、すなわち、第１軸１１および第２軸１２と、２つの関節、すなわち、第１関節２１および第２関節２２を備えている。ロボット１０は、実施形態を説明するための簡略化した構成である。軸の数および関節の数が、３つ以上でもよい。

第１関節２１は第１軸１１の端にあり、第１軸１１と直交する回転軸周りに第１軸１１を回転可能にしている。第１軸１１は、第１関節２１により基台３１に対して相対回転可能に、その基台３１に連結されている。基台３１は、床あるいは設置台に設置される。

第２関節２２は、第１軸１１の第１関節２１がない側の端にある。第２関節２２は、第１軸１１の端と第２軸１２の端を連結しており、第１軸１１および第２軸１２と直交する回転軸周りに、第１軸１１に対して第２軸１２を相対回転可能にしている。図２では、第１軸１１および第２軸１２の形状は棒状である。しかし、第１軸１１、第２軸１２の形状は棒状でなくてもよく、ロボット１０の用途に応じて種々に変更することができる。

第１軸１１が基台３１に対して相対回転可能な角度範囲、および、第２軸１２が第１軸１１に対して相対回転可能な範囲は、機械的機構あるいは電気的機構により、種々に設定できる。

図２には、障害物４０も示されている。障害物４０は、第１軸１１あるいは第２軸１２が移動する際に障害となる物体であり、形状や位置は、ロボット１０が設置される位置により異なる。

説明を図１に戻す。動作経路生成装置１００は、入力装置１１０と、表示装置１２０と、制御装置１３０とを備えている。制御装置１３０は、プロセッサ１４０と、ＲＯＭ１５０と、ＲＡＭ１６０とを備えている。このような構成を備える動作経路生成装置１００は、汎用的なコンピュータにより実現することもできる。

入力装置１１０は、キーボードなどであり、ロボット１０の構造および障害物４０の位置を入力するために用いることができる。ロボット１０の構造には、第１軸１１、第２軸１２の長さおよび幅、第１関節２１の位置、第１軸１１および第２軸１２に対する第２関節２２の相対位置などがある。障害物４０の位置は、障害物４０が存在する空間を座標により特定する。表示装置１２０には、制御装置１３０が生成した動作経路を表示することができる。

不揮発性記憶媒体であるＲＯＭ１５０には、プロセッサ１４０が実行する動作経路生成プログラムが記憶されている。プロセッサ１４０が、ＲＡＭ１６０の一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭ１５０に記憶された動作経路生成プログラムを実行することで、プロセッサ１４０は、図３に示す各部を実行する。プロセッサ１４０が図３に示す各部を実行することは、動作経路生成プログラムに対応する動作経路生成方法が実行されることを意味する。

図３に示すように、プロセッサ１４０は、生成条件登録部１４１、親経由点選択部１４２、探索領域設定部１４３、経由点候補生成部１４４、干渉判定部１４５、経由点追加部１４６、終了判定部１４７を備えている。これら各部が実行する処理は、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

図４に示すフローチャートは、動作経路生成装置１００を使用する者の開始操作により開始する。図４に示すフローチャートを実行することで、関節空間において動作経路を生成することができる。

関節空間は、ロボット１０が持つ関節の数の次元により規定される座標空間である。本実施形態のロボット１０は、２つの関節２１、２２を持つので、関節空間は、図５に示すように２次元座標系になる。図５において、横軸は第１関節２１の角度ＲＡ１であり、縦軸は第２関節２２の角度ＲＡ２である。

第１関節２１の角度ＲＡ１は、基台３１に対する第１軸１１の角度と考えることもできる。第２関節２２の角度ＲＡ２は、第１関節２１に対する第２関節２２の角度と考えることもできる。ロボット１０の姿勢は関節の角度ＲＡにより表現できるので、関節空間において座標が決まることで、ロボット１０の姿勢が決まる。

ステップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１０は生成条件登録部１４１が実行する処理である。Ｓ１０では、経路生成条件を登録する。経路生成条件の登録は、ユーザが入力装置１１０を用いて行う。経路生成条件には、ロボット１０の構造、障害物４０の位置、経路生成開始点、経路生成終了点が含まれる。なお、図４に示す処理では、経由点追加も行う。しかし、経由点Ｐ（図５参照）のみを予め追加しておいてもよい。すなわち、経路とは独立して、どこが障害物４０に干渉しない点かを事前に設定しておいてもよい。

親経由点選択部１４２が実行する処理であるＳ２０では、親経由点ＰＰを選択する。親経由点ＰＰは、すでに決定済みの経由点Ｐからランダムに選択する。図５には、親経由点ＰＰと、４つの経由点Ｐが示されている。親経由点ＰＰも、経由点Ｐの１つである。親経由点ＰＰを含めると、図５の例では５つの経由点Ｐが存在する。これら５つの経由点Ｐからランダムに親経由点ＰＰを選択する。なお、経由点Ｐが１つもない場合には、経路生成開始点など、所定の開始点を親経由点ＰＰとする。

探索領域設定部１４３が実行する処理であるＳ３０では、探索領域５０を設定する。探索領域５０は、関節空間において、親経由点ＰＰに連結する新たな経由点Ｐを探索する領域である。図５に示す探索領域５０は、親経由点ＰＰを中心とする楕円領域である。

図６、図７、図８を用いて探索領域５０を設定する際の演算を説明する。図６は、第１関節２１は固定し、第２関節２２のみを規定最大角度だけ回転させたときの全軸の移動領域Ａを示している。移動領域Ａの大きさは２次元座標系における、全軸すなわち第１軸１１と第２軸１２の移動量を意味する。なお、以下では、移動領域Ａの大きさを、移動量ＳＡと記載することもある。

規定最大角度は、機構的な制約から可能な最大の変化角度とすることができる。あるいは、規定最大角度を次の観点から決定してもよい。すなわち、規定最大角度を、動作経路を設定するに際し、関節空間において隣接する２つの経由点Ｐの距離を制限する観点から決定してもよい。

規定最大角度が大きすぎると、動作経路が粗くなり過ぎて、障害物４０と干渉する経路であるにも関わらず、障害物４０と干渉しない経路と判断してしまう恐れが高くなる。そこで、規定最大角度を動作経路が粗くなり過ぎないように設定する。規定最大角度を具体的にどの程度の角度にするかは実験等に基づいて決定する。たとえば、規定最大角度は６０°である。

図７は、第２関節２２は固定し、第１関節２１のみを規定最大角度だけ回転させた場合である。図６と比較すると、同じ規定最大角度だけ回転させても、第１関節２１を回転させると、移動領域Ａが大きくなることが分かる。換言すれば、第１関節２１と第２関節２２とを比較すると、第１関節２１は、第２関節２２よりも単位変化角度当たりの全軸（すなわち第１軸１１と第２軸１２）の移動量ＳＡが大きい。

移動領域Ａが大きいほど、移動領域Ａの中に障害物４０が入る確率が高くなる。移動領域Ａの中に障害物４０が入ることは、第１軸１１または第２軸１２が障害物４０と干渉することを意味する。第１軸１１または第２軸１２が障害物４０と干渉する経由点Ｐを動作経路に含ませることはできない。したがって、第１軸１１または第２軸１２が障害物４０と干渉する経由点Ｐを演算することは、演算が無駄になることを意味する。

このような無駄な演算を少なくするために、第２関節２２を基準関節とする。基準関節は、複数の関節２１、２２のうち単位変化角度当たりの全軸の移動量ＳＡが最大ではない関節である。本実施形態では、関節は２つのみであるので、第２関節２２が基準関節となる。

Ｓ３０では、基準関節である第２関節２２を規定最大角度だけ変化させ、他の関節、すなわち第１関節２１は固定したときの移動領域Ａの大きさを経由点探索時の最大移動量とする。そして、第１関節２１のみ、あるいは第１関節２１と第２関節２２の両方の角度を変化させた場合の移動領域Ａの大きさが最大移動量を越えない、第１関節２１の変化角度領域、第２関節２２の変化角度領域を決定する。

図８には、第１関節２１のみを角度変化させ、第２関節２２は固定して、移動領域Ａの大きさが図６の面積と同じになるようにした場合の角度変化前後を示す。図８における第１軸１１の角度変化量は、図６に示す第２軸１２の角度変化量よりも少ない。

移動領域Ａの大きさ、すなわち移動量ＳＡは、たとえば、図９に示す式１を用いて算出する。式１において、Ｎは関節数、Ｌ_ｊは関節ｊからｊ＋１までの長さ、δθ_ｋは第ｋ関節の移動量である。

図６、図８の比較から分かるように、同じ変化角度であっても、第１関節２１のほうが、単位変化角度あたりの移動領域Ａが大きい。したがって、第１関節２１のほうが、角度変化範囲が狭くなる。そのため、図５に示すように、探索領域５０は、第１関節２１の角度ＲＡ１が変化できる範囲が、第２関節２２の角度ＲＡ２が変化できる範囲よりも狭い縦長の楕円になる。

経由点候補生成部１４４が実行する処理であるＳ４０では経由点候補Ｑを生成する。経由点候補Ｑは、Ｓ３０で設定した探索領域５０の中にランダムに生成する。

干渉判定部１４５が実行する処理であるＳ５０では、ロボット１０の姿勢を、Ｓ４０で生成した経由点候補Ｑとした場合に、ロボット１０と障害物４０とが非干渉であるか否かを判断する。ロボット１０と障害物４０とが非干渉である場合はＳ５０の判断結果がＹＥＳとなりＳ６０に進む。経由点追加部１４６が実行する処理であるＳ６０では、Ｓ４０で生成した経由点候補Ｑを経由点Ｐに追加する。その後、Ｓ７０に進む。

終了判定部１４７が実行する処理であるＳ７０では、経路生成が完了したか否かを判断する。たとえば、Ｓ６０で追加した経由点Ｐを中心とする探索領域５０を設定した場合に、その探索領域５０に経路生成終了点が含まれていれば、経由点Ｐと経路生成終了点を連結して経路生成完了とする。

なお、経路生成開始点と経路生成終了点の間を複数の経由点Ｐで連結した後は、特許文献１に記載されている手法など、種々の手法を用いて、経路生成開始点と経路生成終了点の間の経路から、余剰な経由点Ｐを削除したり、複数の経由点Ｐを統合したりしてもよい。経路生成開始点と経路生成終了点の間を複数の経由点Ｐで連結した後、動作経路を単純化する処理は、本開示の主題ではないので、これ以上の説明はしない。

［第１実施形態のまとめ］
以上、説明した第１実施形態の動作経路生成装置１００は、第１関節２１、第２関節２２が角度変化したときの全軸の移動量ＳＡに上限である最大移動量を設定する。この最大移動量を決定するために、単位変化角度当たりの全軸の移動量ＳＡが相対的に少ない第２関節２２を基準関節とする。この基準関節を規定最大角度だけ変化させ、第１関節２１は固定したときの全軸の移動量ＳＡを最大移動量とする。そして、全軸の移動量ＳＡがその最大移動量を越えない第１関節２１および第２関節２２の変化角度領域を探索領域５０とする。

このようにすることで、第１関節２１および第２関節２２が、それぞれ規定最大角度だけ変化する領域を探索領域５０とする場合に比較して、探索領域５０を狭くすることができる。探索領域５０の広さは干渉確率と比例すると考えられる。したがって、探索領域５０が狭くなることで、経由点候補Ｑが障害物４０と干渉してしまうことが低減されるので、計算が無駄になる可能性が低減する。無駄な計算が低減することで、効率的に動作経路が探索できるようになる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

図１０に、第２実施形態のプロセッサ２４０が実行する機能を示す。プロセッサ２４０は、第１実施形態のプロセッサ１４０に代えて動作経路生成装置が備えるものである。プロセッサ２４０は、探索領域調整部２４３を備えている点が第１実施形態のプロセッサ１４０と相違する。探索領域調整部２４３が実行する処理は図１１を用いて説明する。

図１１は、プロセッサ２４０が実行する処理を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは、Ｓ３０を実行後にＳ３１を実行する。Ｓ３１は探索領域調整部２４３が実行する処理である。

Ｓ３１では、Ｓ３０で設定した探索領域５０が、前述した規定最大角度を越える角度変化が可能になっている場合に、探索領域５０を調整する。図１２には、親経由点ＰＰを中心として規定最大角度を半径とする円形の規定最大領域５１を示している。

図１２に示す探索領域５０は、上下に規定最大領域５１の外に位置する部分がある。探索領域５０の外縁は、移動量ＳＡが最大移動量になるという観点で決定している。第１関節２１の変化角度が少ない場合、移動量ＳＡを最大移動量にしようとすると、第２関節２２の変化角度が多くなる。したがって、探索領域５０には、規定最大領域５１の外になる部分が生じる可能性がある。

しかし、規定最大角度よりも大きい変化角度となる部分を探索領域５０に含ませる必要性は低い。そこで、Ｓ３１では、Ｓ３０で設定した探索領域５０のうち、規定最大領域５１の外側にある部分を減少させる。具体的には、Ｓ３０で設定した探索領域５０のうち規定最大領域５１の外側にある部分を全部除外することが好ましい。ただし、Ｓ３０で設定した探索領域５０のうち規定最大領域５１の外側にある部分の一部のみ除外してもよい。たとえば、図１２に示す探索領域５０には、上下に規定最大領域５１よりも外側に位置する部分がある。このうち、上側のみ、あるいは、下側のみを除外する調整をしてもよい。

続くＳ４０では、Ｓ３１で調整した後の探索領域５０の中に経由点候補Ｑを生成する。

この第２実施形態によれば、最大移動量を越えないようにするという観点で設定した探索領域５０に対して、規定最大領域５１を越える部分を除外する調整をする。これにより、経由点Ｐを設定する必要性が低い部分に経由点候補Ｑを設定しまうことが少なくなる。よって、より効率的に動作経路を探索できる。

＜第３実施形態＞
図１３に、第３実施形態のプロセッサ３４０が実行する機能を示す。プロセッサ３４０は、第１実施形態のプロセッサ１４０に代えて動作経路生成装置が備えるものである。プロセッサ３４０は、親経由点選択部３４２が実行する処理が、第１実施形態の親経由点選択部１４２とは相違する。また、プロセッサ３４０は選択数加算部３４３を備えている。これら、親経由点選択部３４２および選択数加算部３４３が実行する処理は図１４を用いて説明する。

図１４は、プロセッサ３４０が実行する処理を示すフローチャートである。図１４のフローチャートでは、図４で説明したＳ２０に代えてＳ２１を実行する。Ｓ２１は親経由点選択部３４２が実行する処理である。

Ｓ２１では、重み付き親経由点選択処理を実行する。第１実施形態で説明したＳ２０では、経由点Ｐから親経由点ＰＰを選択する際に、いずれかの経由点Ｐを選択しやすくする処理はせずに、ランダムに親経由点ＰＰを選択していた。それに対して、Ｓ２１では、親経由点ＰＰとして選択された回数が多い経由点Ｐほど、親経由点ＰＰとして選択する確率を低くする。

具体的には、各経由点Ｐに対して、それまでに親経由点ＰＰとして選択された回数に１を加えた数の逆数を重みとして設定する。そして、重み付きのランダムサンプリングにより、全部の経由点Ｐから親経由点ＰＰを選択する。

図１５には、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５の５つの経由点Ｐを示している。これらの経由点Ｐのうち、経由点Ｐ３は親経由点ＰＰとして選択された回数が３回、経由点Ｐ５は親経由点ＰＰとして選択された回数が０回であるとする。この場合、経由点Ｐ３は１／４が重みとなり、経由点Ｐ５は１／１が重みとなる。この重みがあるので、経由点Ｐ５は経由点Ｐ３よりも親経由点ＰＰとして選択されやすい。

Ｓ２１を実行後はＳ２２へ進む。Ｓ２２は選択数加算部３４３が実行する処理である。Ｓ２２では、Ｓ２１で親経由点ＰＰとして選択された経由点Ｐに対して、親経由点ＰＰとして選択された回数に１を加算する。

この第３実施形態では、親経由点ＰＰとして選択された回数が多い経由点Ｐほど、親経由点ＰＰとして選択する確率を低くしている。これにより、広い範囲に経由点Ｐを広げることができる。

＜第４実施形態＞
図１６に、第４実施形態のプロセッサ４４０が実行する機能を示す。プロセッサ４４０は、第１実施形態のプロセッサ１４０に代えて動作経路生成装置が備えるものである。プロセッサ４４０は、これまでの経由点候補生成部１４４に代えて経由点候補生成部４４４を備える。この経由点候補生成部４４４は、座標選択部４４５と座標値決定部４４６を備えた構成である。経由点候補生成部４４４、座標選択部４４５、座標値決定部４４６が実行する処理は図１７を用いて説明する。

図１７は、プロセッサ４４０が実行する処理を示すフローチャートである。図１７のフローチャートは、図４で説明したＳ４０に代えてＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３を実行する。Ｓ４１は座標選択部４４５が実行する処理であり、Ｓ４２は座標値決定部４４６が実行する処理であり、Ｓ４３は経由点候補生成部４４４が実行する処理である。

Ｓ４１では、経由点候補Ｑの座標値を生成する座標を選択する。経由点候補Ｑの座標は、角度ＲＡ１座標の座標値と、角度ＲＡ２の座標値により定まる。Ｓ４１では、これらのうち、経由点候補Ｑの座標値が決まっていない座標から、次のＳ４２で座標値を生成する座標を選択する。どちらの座標も選択されていない場合、ランダムに、座標値を選択する座標を選択することができる。あるいは、先に選択する座標を事前に決めておいてもよい。

Ｓ４２では、Ｓ４１で選択した座標の座標値を、探索領域５０の中になるように生成する。図１８を例にして具体的に説明する。たとえば、Ｓ４１で角度ＲＡ１座標を選択したとする。この場合、探索領域５０の中に経由点候補Ｑが入るようにするために、線分５２上に座標値を生成する。線分５２上のどの座標値とするかはランダムに決定する。

Ｓ４３では、経由点候補Ｑの位置が確定したか否かを判断する。すなわち、経由点候補Ｑの座標値として、角度ＲＡ１座標の座標値と、角度ＲＡ２の座標値とがともに生成されたか否かを判断する。Ｓ４３の判断結果がＮＯであればＳ４１に戻り、ＹＥＳであればＳ５０に進む。

Ｓ４１に戻った場合を説明する。１回目のＳ４１において角度ＲＡ１座標を選択したとすると、２回目のＳ４１では角度ＲＡ２座標を選択する。続いてＳ４２を実行する。１回目のＳ４２において経由点候補Ｑの角度ＲＡ１座標の座標値がＱ１であったとする。この場合、２回目のＳ４２では、Ｑ１上において探索領域５０内となる線分５３上に、角度ＲＡ２の座標値を生成する。つまり、角度ＲＡ２の座標値は、Ｑ２からＱ３の範囲に生成する。Ｑ２からＱ３の範囲のどの値とするかはランダムに決定する。

この第４実施形態とは異なり、比較例として、第１関節２１の変化角度と第２関節２２の変化角度を独立して決定して経由点候補Ｑを決定する場合を考える。この場合、図１８に示す矩形５４内にランダムに経由点候補Ｑが生成されることになる。矩形５４には、探索領域５０の外となる部分がある。したがって、比較例の場合、第１関節２１の変化角度と第２関節２２の変化角度を独立して決定した座標が探索領域５０の外になる可能性がある。この場合、その座標を補正するか、その座標を取り消して再決定する必要がある。

しかし、この第４実施形態のようにすれば、探索領域５０の外に経由点候補Ｑが生成されることがない。したがって、経由点候補Ｑの位置を補正したり、再決定したりする必要がないので、効率的に動作経路を生成できる。

以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

＜変形例１＞
たとえば、実施形態では、２つの関節２１、２２を持つロボット１０に対して動作経路を生成する場合を説明した。しかし、動作経路を生成するロボット１０が、３つ以上の関節を持っていてもよい。３つ以上の関節を持つロボット１０の場合、必ずしも、複数の関節のうち単位変化角度当たりの全軸の移動量ＳＡが最小の関節を基準関節とする必要はない。たとえば、３つの関節を持つロボット１０において、単位変化角度当たりの全軸の移動量ＳＡが２番目に小さい関節を基準関節としてもよい。

＜変形例２＞
実施形態および変形例１では、複数の関節のうち単位変化角度当たりの全軸の移動量ＳＡが最大ではない所定の基準関節を規定最大角度だけ変化させ、他の関節は固定したときの全軸の移動量ＳＡを、経由点探索時の最大移動量としていた。しかし、経由点探索時の最大移動量の決定方法は、実施形態および変形例１で開示した決定方法に限られない。

（変形例２－１）
たとえば、全軸それぞれの変化角度を規定最大角度よりも小さい変化角度としたときの全軸の移動量ＳＡを経由点探索時の最大移動量としてもよい。実施形態のロボット１０を例にして、かつ、上記変化角度を３０度としてより具体的に説明する。全軸の移動量ＳＡは、第１軸１１を３０度変化させ、かつ、第１軸１１の変化角度ごとに第２軸１２を３０度変化させた場合に生じる移動領域Ａの大きさである。

（変形例２－２）
また、第１軸１１の基端すなわち第１関節２１から第２軸１２の先端までの直線距離が最も長くなる状態において、第１軸１１を規定最大角度よりも小さい角度だけ角度変化させたときの移動領域Ａの大きさを経由点探索時の最大移動量としてもよい。第１関節２１から第２軸１２の先端までの直線距離が最も長くなる状態は、第１軸１１を回転させたときに移動領域Ａが最も大きくなる状態である。

ここで、全部の関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量ＳＡを最大可能移動量とする。上記変形例２－１、２－２における全軸の移動量ＳＡは、いずれも、最大可能移動量よりも少ない。探索時の最大移動量を最大可能移動量よりも少なくすれば、探索時の最大移動量を最大可能移動量とする場合に比較して、探索領域５０を狭くすることができる。

＜変形例３＞
第２実施形態と第３実施形態を組み合わせてもよい。また、第２実施形態と第４実施形態を組み合わせてもよい。また、第３実施形態と第４実施形態を組み合わせてもよい。

＜変形例４＞
本開示に記載の制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０：ロボット１１：第１軸１２：第２軸２１：第１関節２２：第２関節３１：基台４０：障害物５０：探索領域５１：規定最大領域５２：線分５３：線分５４：矩形１００：動作経路生成装置１１０：入力装置１２０：表示装置１３０：制御装置１４０：プロセッサ１４１：生成条件登録部１４２：親経由点選択部１４３：探索領域設定部１４４：経由点候補生成部１４５：干渉判定部１４６：経由点追加部１４７：終了判定部１５０：ＲＯＭ１６０：ＲＡＭ２４０：プロセッサ２４３：探索領域調整部３４０：プロセッサ３４２：親経由点選択部３４３：選択数加算部４４０：プロセッサ４４４：経由点候補生成部４４５：座標選択部４４６：座標値決定部Ａ：移動領域Ｐ：経由点ＰＰ：親経由点Ｑ：経由点候補

Claims

複数の関節（２１、２２）と前記関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置であって、
前記ロボットの姿勢を前記関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの前記経由点から選択する親経由点選択部（１４２、３４２）と、
前記経由点を探索する領域である探索領域を設定する探索領域設定部（１４３）と、
前記探索領域内に、前記親経由点と連結する新たな前記経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成する経由点候補生成部（１４４、４４４）と、
前記経由点候補が障害物と干渉しているかを判定する干渉判定部（１４５）と、
前記干渉判定部が、前記経由点候補が干渉しないと判定した場合に、前記経由点候補を前記経由点として追加する経由点追加部（１４６）と、を備え、
前記探索領域設定部は、前記ロボットの作業空間における、全部の前記関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、前記ロボットの作業空間において、前記ロボットの各軸の移動量が前記最大移動量を超えないでかつ全軸の移動量が前記最大移動量を越えない前記関節の変化角度領域を前記探索領域に設定する、動作経路生成装置。
複数の関節（２１、２２）と前記関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置であって、
前記ロボットの姿勢を前記関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの前記経由点から選択する親経由点選択部（１４２、３４２）と、
前記経由点を探索する領域である探索領域を設定する探索領域設定部（１４３）と、
前記探索領域内に、前記親経由点と連結する新たな前記経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成する経由点候補生成部（１４４、４４４）と、
前記経由点候補が障害物と干渉しているかを判定する干渉判定部（１４５）と、
前記干渉判定部が、前記経由点候補が干渉しないと判定した場合に、前記経由点候補を前記経由点として追加する経由点追加部（１４６）と、を備え、
前記探索領域設定部は、全部の前記関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、全軸の移動量が前記最大移動量を越えない前記関節の変化角度領域を前記探索領域に設定し、
前記探索領域設定部が設定した前記探索領域に、前記規定最大角度を越える角度変化が可能な部分がある場合、前記規定最大角度を越える部分が小さくなるように前記探索領域を調整する探索領域調整部（２４３）を備え、
前記経由点候補生成部は、調整後の前記探索領域内に前記経由点候補を生成する、動作経路生成装置。
複数の関節（２１、２２）と前記関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置であって、
前記ロボットの姿勢を前記関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの前記経由点から選択する親経由点選択部（１４２、３４２）と、
前記経由点を探索する領域である探索領域を設定する探索領域設定部（１４３）と、
前記探索領域内に、前記親経由点と連結する新たな前記経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成する経由点候補生成部（１４４、４４４）と、
前記経由点候補が障害物と干渉しているかを判定する干渉判定部（１４５）と、
前記干渉判定部が、前記経由点候補が干渉しないと判定した場合に、前記経由点候補を前記経由点として追加する経由点追加部（１４６）と、を備え、
前記探索領域設定部は、全部の前記関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、全軸の移動量が前記最大移動量を越えない前記関節の変化角度領域を前記探索領域に設定し、
前記親経由点選択部（３４２）は、前記経由点が前記親経由点として選択された回数が多いほど、前記経由点を前記親経由点として選択する確率を低くして、複数の前記経由点から前記親経由点を選択する、動作経路生成装置。
複数の関節（２１、２２）と前記関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置であって、
前記ロボットの姿勢を前記関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの前記経由点から選択する親経由点選択部（１４２、３４２）と、
前記経由点を探索する領域である探索領域を設定する探索領域設定部（１４３）と、
前記探索領域内に、前記親経由点と連結する新たな前記経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成する経由点候補生成部（１４４、４４４）と、
前記経由点候補が障害物と干渉しているかを判定する干渉判定部（１４５）と、
前記干渉判定部が、前記経由点候補が干渉しないと判定した場合に、前記経由点候補を前記経由点として追加する経由点追加部（１４６）と、を備え、
前記探索領域設定部は、全部の前記関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、全軸の移動量が前記最大移動量を越えない前記関節の変化角度領域を前記探索領域に設定し、
前記経由点候補生成部（４４４）は、
前記経由点候補の座標値が決まっていない座標から、次に座標値を決定する座標を選択する座標選択部（４４５）と、
前記座標選択部が選択した座標の座標値を、前記探索領域内になるように決定する座標値決定部（４４６）とを備え、
前記座標選択部は、前記経由点候補の位置が定まるための全部の座標値が決まるまで、次に決定する座標値を決定する座標を選択し、
前記座標値決定部は、一部の座標値が決定済みである場合、決定済みの座標値と前記探索領域とにより制限される範囲内で、前記座標選択部が選択した座標の座標値を決定する、動作経路生成装置。
請求項１または４に記載の動作経路生成装置であって、
前記探索領域設定部が設定した前記探索領域に、前記規定最大角度を越える角度変化が可能な部分がある場合、前記規定最大角度を越える部分が小さくなるように前記探索領域を調整する探索領域調整部（２４３）を備え、
前記経由点候補生成部は、調整後の前記探索領域内に前記経由点候補を生成する、動作経路生成装置。
請求項１、２、４、５のいずれかに記載の動作経路生成装置であって、
前記親経由点選択部（３４２）は、前記経由点が前記親経由点として選択された回数が多いほど、前記経由点を前記親経由点として選択する確率を低くして、複数の前記経由点から前記親経由点を選択する、動作経路生成装置。
プロセッサによって実施され、複数の関節（２１、２２）と前記関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成方法であって、
前記ロボットの姿勢を前記関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの前記経由点から選択し（Ｓ２０、Ｓ２１）、
前記ロボットの作業空間における、全部の前記関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、前記ロボットの作業空間において、前記ロボットの各軸の移動量が前記最大移動量を超えないでかつ全軸の移動量が前記最大移動量を越えない前記関節の変化角度領域を、前記経由点を探索する領域である探索領域に設定し（Ｓ３０）、
前記探索領域内に、前記親経由点と連結する新たな前記経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成し（Ｓ４０、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３）、
前記経由点候補が障害物と干渉しているかを判定し（Ｓ５０）、
前記経由点候補が干渉しないと判定した場合に、前記経由点候補を前記経由点として追加する（Ｓ６０）、動作経路生成方法。
プロセッサによって実施され、複数の関節（２１、２２）と前記関節により連結される複数の軸（１１、１２）とを持つロボット（１０）の動作経路を生成する動作経路生成装置として動作させる動作経路生成プログラムであって、
前記プロセッサが、
前記ロボットの姿勢を前記関節の角度で示す関節空間において、次の経由点（Ｐ）を探索する起点である親経由点（ＰＰ）を、決定済みの前記経由点から選択し（Ｓ２０、Ｓ２１）、
前記ロボットの作業空間における、全部の前記関節がそれぞれ規定最大角度だけ変化したときの全軸の移動量である最大可能移動量よりも少ない全軸の移動量を探索時の最大移動量とし、前記ロボットの作業空間において、前記ロボットの各軸の移動量が前記最大移動量を超えないでかつ全軸の移動量が前記最大移動量を越えない前記関節の変化角度領域を、前記経由点を探索する領域である探索領域に設定し（Ｓ３０）、
前記探索領域内に、前記親経由点と連結する新たな前記経由点の候補となる経由点候補をランダムに生成し（Ｓ４０、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３）、
前記経由点候補が障害物と干渉しているかを判定し（Ｓ５０）、
前記経由点候補が干渉しないと判定した場合に、前記経由点候補を前記経由点として追加する（Ｓ６０）ように構成された動作経路生成プログラム。