JP7435434B2 - レイアウト生成装置、レイアウト生成方法およびレイアウト生成プログラム - Google Patents

Description

この明細書における開示は、レイアウト生成装置、レイアウト生成方法およびレイアウト生成プログラムに関する。

特許文献１には、ロボットシステムの典型的な配置パターンを選択し、この配置パターンに配置する配置要素を選択し、選択した配置要素が互いに干渉しないレイアウトを自動生成する方法が開示されている。

特開２０２０－６４７２号公報

特許文献１では、使用者が配置パターンを選択する必要があり、ロボットの動作時間が短い配置を決定することに関して改良の余地がある、
この明細書に開示する目的の一つは、ロボットの動作時間が短い効率的な配置探索を可能とするレイアウト生成装置、レイアウト生成方法およびレイアウト生成プログラムを提供することである。

この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項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一例であって、技術的範囲を限定するものではない。

開示するレイアウト生成装置の一つは、ロボット（２）および障害物（３０）を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成するレイアウト生成装置（１）であって、
ロボットが通過する必要がある経由点または経由点区間の補間方法を登録する経由点登録部（１３１）と、
ロボットと障害物とを含む配置を複数個生成する配置生成部（１３２）と、
配置毎に障害物を考慮しないロボットの動作時間を評価値として評価する配置評価部（１３３）と、
配置評価部によって評価された配置の中から評価値が最良である配置を抽出する配置抽出部（１３４）と、
配置抽出部によって抽出された配置について、経由点を経由するロボットの動作が障害物を回避する必要があるか否かを判定する経路判定部（１３５）と、
経路判定部において障害物を回避する必要があると判定した場合に、障害物を回避できる回避可能経路を生成する経路生成部（１３６）と、
経路生成部によって生成した回避可能経路を追加する動作経路に係るロボットの動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新する配置評価更新部（１３８）と、
を備え、
経路判定部によって障害物の回避が不要である配置が指定個数以上得られるまで、配置抽出部による配置の抽出を繰り返す。

この装置によれば、複数の配置についての障害物を考慮しない動作時間の評価により、動作時間の評価に要する時間を低減できる。さらに最良評価の配置抽出、障害物回避の要否判定および回避可能経路の生成を、障害物回避不要の配置が指定数以上になるまで繰り返し行う。これにより、レイアウト生成装置は、動作時間の評価に要する処理および障害物回避の要否判定処理を低減して効率化を図ることができる。したがって、ロボットの動作時間が短い効率的な配置探索を可能とするレイアウト生成装置を提供できる。

開示するレイアウト生成方法の一つは、プロセッサ（１３）によって実行され、ロボット（２）および障害物（３０）を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成するレイアウト生成方法であって、
ロボットが通過する必要がある経由点または経由点区間の補間方法を登録し（Ｓ１００）、
ロボットと障害物とを含む配置を複数個生成し（Ｓ１１０）、
配置毎に障害物を考慮しないロボットの動作時間を評価値として評価し（Ｓ１２０）、
評価された配置の中から評価値が最良である配置を抽出し（Ｓ１３０）、
抽出された配置について、経由点を経由するロボットの動作が障害物を回避する必要があるか否かを判定し（Ｓ１４０）、
障害物を回避する必要があると判定した場合に、障害物を回避できる回避可能経路を生成し（Ｓ１４１）、
回避可能経路を追加する動作経路に係るロボットの動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新し（Ｓ１４４）、
障害物の回避が不要である配置が指定個数以上得られるまで、評価された配置の中から評価値が最良である配置の抽出を繰り返す。

このレイアウト生成方法によれば、複数の配置についての障害物を考慮しない動作時間の評価により、動作時間の評価に要する時間を低減できる。レイアウト生成方法は、さらに最良評価の配置抽出、障害物回避の要否判定および回避可能経路の生成を、障害物回避不要の配置が指定数以上になるまで繰り返し行う。この方法によれば、動作時間の評価に要する処理および障害物回避の要否判定処理を低減して効率化を図ることができる。したがって、ロボットの動作時間が短い効率的な配置探索を可能とするレイアウト生成方法を提供できる。

開示するレイアウト生成プログラムの一つは、プロセッサ（１３）によって実行され、ロボット（２）および障害物（３０）を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成するレイアウト生成装置を動作させるレイアウト生成プログラムであって、
プロセッサが、
ロボットが通過する必要がある経由点または経由点区間の補間方法を登録し（Ｓ１００）、
ロボットと障害物とを含む配置を複数個生成し（Ｓ１１０）、
配置毎に障害物を考慮しないロボットの動作時間を評価値として評価し（Ｓ１２０）、
評価された配置の中から評価値が最良である配置を抽出し（Ｓ１３０）、
抽出された配置について、経由点を経由するロボットの動作が障害物を回避する必要があるか否かを判定し（Ｓ１４０）、
障害物を回避する必要があると判定した場合に、障害物を回避できる回避可能経路を生成し（Ｓ１４１）、
回避可能経路を追加する動作経路に係るロボットの動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新し（Ｓ１４４）、
障害物の回避が不要である配置が指定個数以上得られるまで、評価された配置の中から評価値が最良である配置の抽出を繰り返すように構成されている。

このプログラムによれば、複数の配置についての障害物を考慮しない動作時間の評価により、動作時間の評価に要する時間を低減できる。さらにプログラムは、最良評価の配置抽出、障害物回避の要否判定および回避可能経路の生成を、障害物回避不要の配置が指定数以上になるまで繰り返し行うようにプロセッサを動作させる。この動作によれば、動作時間の評価に要する処理および障害物回避の要否判定処理を低減して効率化を図ることができる。したがって、ロボットの動作時間が短い効率的な配置探索を可能とするレイアウト生成プログラムを提供できる。

第１実施形態のレイアウト生成装置の構成図である。 ロボットの構成を説明する図である。 図１のプロセッサが実行する機能を示す構成図である。 プロセッサが実行する処理を示すフローチャートである。 第２実施形態のプロセッサが実行する機能を示す構成図である。 プロセッサが実行する処理を示すフローチャートである。 第３実施形態のプロセッサが実行する処理を示すフローチャートである。 第４実施形態のプロセッサが実行する処理を示すフローチャートである。 第５実施形態のプロセッサが実行する機能を示す構成図である。 プロセッサが実行する処理を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について図１～図４を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態のレイアウト生成装置１の構成図である。レイアウト生成装置１は、例えば、図２に示すロボット２および周辺の障害物に関し、ロボット２の動作時間を含む評価値の高いレイアウトを生成する装置である。レイアウトとは、ロボット２の位置や姿勢の時間変化を考慮した、同一仮想空間におけるロボット２および障害物の配置を含む。

図２に示すロボット２は、２つの軸、すなわち、第１軸２１および第２軸２２と、２つの関節、すなわち、第１関節２４および第２関節２５を備えている。ロボット２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２４は第１軸２１の端にあり、第１軸２１と直交する回転軸周りに第１軸２１を回転可能にしている。第１軸２１は、第１関節２４により基台２３に対して相対回転可能に、その基台２３に連結されている。基台２３は、床あるいは設置台に設置される。

第２関節２５は、第１軸２１の第１関節２４がない側の端にある。第２関節２５は、第１軸２１の端と第２軸２２の端を連結しており、第１軸２１および第２軸２２と直交する回転軸周りに、第１軸２１に対して第２軸２２を相対回転可能にしている。図２では、第１軸２１および第２軸２２の形状は棒状である。しかし、第１軸２１、第２軸２２の形状は棒状でなくてもよく、ロボット２の用途に応じて種々に変更することができる。

第１軸２１が基台２３に対して相対回転可能な角度範囲、および、第２軸２２が第１軸２１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３０も示されている。障害物３０は、第１軸２１あるいは第２軸２２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２が設置される位置により異なる。

レイアウト生成装置（ＬＧＤ）１は、入力装置（ＩＰＤ）１１と、表示装置（ＤＰＤ）１２と、プロセッサ（ＰＣＳ）１３と、ＲＯＭ１４と、ＲＡＭ１５とを備えている。このような構成を備えるレイアウト生成装置１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１１は、キーボードなどであり、前述のロボット２の構造および障害物３０の位置、動作経路開始点、動作経路終了点などを入力するために用いることができる。ロボット２の構造には、第１軸２１、第２軸２２の長さおよび幅、第１関節２４の位置、第１軸２１および第２軸２２に対する第２関節２５の相対位置などがある。障害物３０の位置は、障害物３０が存在する空間を座標により特定する。表示装置１２には、レイアウト生成装置１が生成した、ロボット２および周辺の障害物に関するレイアウトを表示することができる。

不揮発性記憶媒体であるＲＯＭ１４には、プロセッサ１３が実行するレイアウト生成プログラムが記憶されている。プロセッサ１３が、ＲＡＭ１５の一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭ１４に記憶されたレイアウト生成プログラムを実行することで、プロセッサ１３は、図３に示す各部を実行する。プロセッサ１３が図３に示す各部を実行することは、レイアウト生成プログラムに対応するレイアウト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１３は、経由点登録部１３１、配置生成部１３２、配置評価部１３３、配置抽出部１３４、経路判定部１３５、経路生成部１３６、配置除外部１３７、配置評価更新部１３８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、レイアウト生成装置１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、ロボット２および周辺の障害物に関するレイアウトを生成することができる。

関節空間は、ロボット２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。第１関節２４の角度は、基台２３に対する第１軸２１の角度と考えることもできる。第２関節２５の角度は、第１関節２４に対する第２関節２５の角度と考えることもできる。ロボット２の姿勢は関節の角度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２の姿勢が決まる。

ステップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１００は、経由点登録部１３１が実行する処理である。Ｓ１００では、経由点の登録、経由点区間の補間方法の登録を行う。経由点区間は、経由点を経て動作するロボット２の経路である。経由点の登録、経由点区間の補間方法の登録は、ユーザが入力装置１１を用いて行う。登録は、例えばＲＡＭ１５に一時記憶される構成でもよい。Ｓ１００では、ロボット２が通過しなければならない位置および／または姿勢を経由点として複数登録する。Ｓ１００では、経由点区間をロボットがどのように動作するか補間方法を登録する。補間方法には、ロボット２の位置、姿勢、関節角度を直線補間によって算出する方法が含まれる。Ｓ１００では、またはＳ１００の前には、ロボット２の構造、障害物３０の位置、動作経路開始点、動作経路終了点などについて、ユーザが入力装置１１を用いて入力してもよい。

配置生成部１３２が実行する処理であるＳ１１０では、配置候補リストを作成する。配置候補リストは、ロボット２の位置や姿勢を一定間隔で生成することを含む。配置候補リストは、ロボット２の位置や姿勢をランダムに生成すること、例えば粒子群最適化手法を用いて設定された範囲内でランダムに作成することを含む。粒子群最適化手法は、群の中の最善の個体位置情報を群全体で共有しながら探索する方法を含む。Ｓ１１０では、Ｓ１００で登録された経由点がロボット２の動作範囲内に入るように、ロボット２の配置を離散的に複数自動生成する。具体的には、Ｓ１１０でグッドサーチのように設定された範囲内で指定の間隔で配置を生成したり、前述のように粒子群最適化手法を用いて配置を生成したりする。

配置評価部１３３が実行する処理であるＳ１２０では、障害物３０を考慮しないロボット２の動作時間を計測する。Ｓ１２０では、Ｓ１１０で生成された配置候補リストについて、障害物を考慮せずに、最小となるロボット２の動作時間を計測する。Ｓ１２０では、登録された経由点をそのまま用いて、つまり、障害物を回避するための経由点を追加しない状態で、最小の動作時間を計測する。Ｓ１２０ではさらに、計測した動作時間を各配置の評価値として登録する。評価値の登録は、例えばＲＡＭ１５に一時記憶される構成でもよい。

配置抽出部１３４が実行する処理であるＳ１３０では、動作時間が最小である配置を配置候補リストから抽出する。Ｓ１３０は、障害物の存在がないものとした場合における、最小の動作時間となる配置を抽出する処理である。

経路判定部１３５が実行する処理であるＳ１４０では、最小の配置について、障害物の回避が必要か否かを判定する。Ｓ１４０では、Ｓ１３０で抽出した配置に係る経路に対して、障害物と干渉する経由点区間があるか否かを判定する。Ｓ１４０は、ロボット２と障害物３０の干渉判定を実行するステップでもある。障害物回避が必要な経由点区間がない場合は、その配置を最良の配置の一つとし、Ｓ１５０に進む。障害物回避が必要な経由点区間がある場合は、Ｓ１４１に進む。

経路生成部１３６が実行する処理であるＳ１４１では、障害物回避が必要な経由点区間について、障害物を回避する回避可能経路を自動生成する。Ｓ１４１では、障害物回避が必要な１区間または複数の区間に対して、障害物を回避するためのロボット２の動作を自動生成する。Ｓ１４１は、例えば、障害物を回避するために自動生成したロボット２の位置および／または姿勢を経由点として、Ｓ１４２で判定処理を行う配置に追加する。

次にＳ１４２では、Ｓ１４１で経由点を追加して生成した回避可能経路について、障害物の回避が可能か否かを判定する。Ｓ１４２で障害物の回避ができないと判定した場合は、Ｓ１４３に進む。Ｓ１４２では、追加した経由点において障害物が干渉する場合や、Ｓ１４１で障害物を回避可能な経路が生成できない場合には、Ｓ１４３に進む。Ｓ１４２で障害物の回避ができると判定した場合は、Ｓ１４４に進む。

配置除外部１３７が実行する処理であるＳ１４３では、Ｓ１４２で障害物の回避が不可能と判定した場合や、Ｓ１４１で回避可能経路が生成できない場合には、その配置をＳ１３０で使用する配置候補リストから除外する。そして、Ｓ１３０に進み、除外済みの配置候補リストから動作時間が最小である配置を抽出する。このようにＳ１４３を実行した後のＳ１３０の処理により、障害物回避が不可能な配置を除いたリストから、ロボット２の動作時間が短い配置を探索することが可能になる。

配置評価更新部１３８が実行する処理であるＳ１４４では、Ｓ１４１で経由点が追加された回避可能経路を含む配置について、動作時間を計測する。計測した動作時間は、Ｓ１４１で追加された経路を含む配置の評価値として更新された後、更新済みの評価値を反映した配置候補リストを用いてＳ１３０の処理が実行される。評価値の更新は、例えばＲＡＭ１５に登録される構成でもよい。

Ｓ１５０では、Ｓ１４０で障害物の回避不要であると判定された配置を配置候補リストから評価済みリストへ移動する処理を行う。評価済みリストは、例えばＲＡＭ１５に登録される構成でもよい。

Ｓ１６０では、評価済みの配置が指定個数以上あるか否かを判定する。指定個数は、予め定められた個数でもよいし、入力装置１１を用いてユーザが入力して設定する値でもよい。Ｓ１６０で評価済みの配置が指定個数以上あると判定すると、フローチャートを終了する。評価済みの配置は、ロボットの動作時間が短いレイアウトとして、表示装置１２に表示される。

Ｓ１６０で評価済みの配置が指定個数未満であると判定するとＳ１３０に進む。Ｓ１３０以降の処理は、Ｓ１６０で評価済みの配置が指定個数以上に到達したと判定するまで繰り返される。以上のように生成されたレイアウトは表示装置１２に表示される。

第１実施形態のレイアウト生成装置１がもたらす作用効果について説明する。レイアウト生成装置１は、ロボット２および障害物３０を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成する。レイアウト生成装置１は、経由点登録部１３１、配置生成部１３２、配置評価部１３３、配置抽出部１３４、経路判定部１３５、経路生成部１３６、配置評価更新部１３８を含む。

経由点登録部１３１は、ロボット２が通過する必要がある経由点と経由点区間の補間方法とを登録する処理を実行する。配置生成部１３２は、ロボット２と障害物３０とを含む配置を複数個生成する処理を実行する。配置評価部１３３は、配置毎に障害物３０を考慮しないロボット２の動作時間を評価値として評価する処理を実行する。配置抽出部１３４は、配置評価部１３３によって評価された配置の中から評価値が最良である配置を抽出する処理を実行する。経路判定部１３５は、配置抽出部１３４によって抽出された配置について、経由点を経由するロボット２の動作が障害物３０を回避する必要があるか否かを判定する。

経路生成部１３６は、障害物３０を回避する必要があると判定した場合に、障害物３０を回避できる回避可能経路を生成する処理を実行する。配置評価更新部１３８は、経路生成部１３６によって生成した回避可能経路を追加する動作経路に係るロボット２の動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新する。レイアウト生成装置１は、経路判定部１３５によって障害物の回避が不要である配置が指定個数以上得られるまで、配置抽出部１３４による配置の抽出を繰り返す。

これによれば、配置評価部１３３が実行する、複数の配置についての障害物を考慮しない動作時間の評価により、動作時間の評価に要する時間を低減できる。さらにレイアウト生成装置１は、最良評価の配置抽出、障害物回避の要否判定および回避可能経路の生成を、障害物回避不要の配置が指定数以上になるまで繰り返し行う。この処理により、レイアウト生成装置１は、動作時間の評価に要する処理および障害物回避の要否判定処理を低減して効率化を図ることができる。したがって、ロボットの動作時間が短い効率的な配置探索を可能とするレイアウト生成装置１を提供できる。

配置除外部１３７は、経路生成部１３６において回避可能経路を生成できない場合に、経路判定部１３５において障害物を回避する必要があると判定した配置を、配置抽出部１３４において抽出対象とする配置候補の中から除外する。これによれば、配置抽出部１３４において一旦最良の評価がされた配置をキャンセルして、配置候補から最良評価の配置を抽出することを促す処理を実施できる。

開示するレイアウト生成方法は、プロセッサ１３によって実行され、ロボット２および障害物３０を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成する。レイアウト生成は、ロボットが通過する必要がある経由点または経由点区間の補間方法を登録し（Ｓ１００）、ロボットと障害物とを含む配置を複数個生成する（Ｓ１１０）。レイアウト生成方法は、配置毎に障害物を考慮しないロボットの動作時間を評価値として評価し（Ｓ１２０）、評価された配置の中から評価値が最良である配置を抽出する（Ｓ１３０）。レイアウト生成方法は、抽出された配置について、経由点を経由するロボットの動作が障害物を回避する必要があるか否かを判定し（Ｓ１４０）、障害物を回避する必要があると判定した場合に、障害物を回避できる回避可能経路を生成する（Ｓ１４１）。レイアウト生成方法は、回避可能経路を追加する動作経路に係るロボットの動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新する（Ｓ１４４）。レイアウト生成方法は、障害物の回避が不要である配置が指定個数以上得られるまで、評価された配置の中から評価値が最良である配置の抽出を繰り返す。

レイアウト生成プログラムは、プロセッサ１３によって実行される。レイアウト生成プログラムは、ロボット２および障害物３０を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成するレイアウト生成装置を動作させる。レイアウト生成プログラムは、プロセッサが前述のレイアウト生成方法を実行するように、構成されている。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について図５および図６を参照して説明する。図５、図６にしたがって、第２実施形態のレイアウト生成装置について説明する。第２実施形態で特に説明しないステップ、構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下に第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第２実施形態のレイアウト生成装置は、第１実施形態に対して、評価値分布推定部１３８１と配置候補追加部１３８２を備える点が相違する。評価値分布推定部１３８１と配置候補追加部１３８２は、配置評価更新部１３８に含まれる構成でもよい。図６に示すフローチャートは、評価値分布推定部１３８１が実行するＳ１４５と配置候補追加部１３８２が実行するＳ１４６とを含む。図６に示すフローチャートにおけるＳ１００～Ｓ１４４、Ｓ１５０、Ｓ１６０では、図４に示す同一符号のステップと同様の処理が行われる。

評価値分布推定部１３８１が実行する処理であるＳ１４５では、Ｓ１１０で作成した配置候補リストに係る評価値分布を推定する。この評価値分布の推定は、予め定めた指標を用いて行われる。配置候補リストの評価値分布は、例えば、位置と動作時間とを横軸と縦軸とに設定した座標面に分布させた配置候補リストの分布である。横軸の位置は、例えばＸ、Ｙ、Ｚ、Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚなどのうち一軸について探索する位置座標である。

配置候補追加部１３８２が実行する処理であるＳ１４６では、Ｓ１４５で作成した評価値分布に対して、１個または複数個の新たな配置を追加する。Ｓ１４６では、Ｓ１４５で作成した評価値分布において、動作時間が極小値に相当する配置の周辺に新たな配置を追加する。Ｓ１４６では、Ｓ１４５で作成した評価値分布に対して、動作時間が極小値となる新たな配置を追加する。

さらにＳ１４６の実行後、Ｓ１４６で追加した新たな配置を反映した配置候補リストを用いてＳ１３０の処理が実行される。Ｓ１４６の処理は、配置候補リストの更新処理であり、評価値の更新処理でもある。配置候補リストの更新は、例えばＲＡＭ１５に登録される構成でもよい。

第２実施形態によれば、評価値分布推定部１３８１は、配置生成部１３２において生成した複数個の配置について所定の指標を用いた評価値分布を推定する。配置候補追加部１３８２は、評価値分布推定部１３８１において推定した評価値分布に対して１個または複数個の新たな配置を、配置抽出部１３４において抽出対象とする配置候補として追加する。これによれば、推定した評価値分布を用いて配置候補を追加することにより、予め与えられた配置候補よりも、評価値の良い配置を効率的に探索することができる。

配置候補追加部１３８２は、評価値分布推定部１３８１において推定した評価値分布に対して動作時間が極小値に相当する新たな配置を配置候補として追加する。配置候補追加部１３８２は、当該評価値分布に対して動作時間が極小値に相当する配置の周辺に位置する新たな配置を、配置候補として追加する。これによれば、追加する配置候補を評価値の良い可能性が高い分布周辺に追加することで、無駄な配置候補を低減でき、評価するべき配置候補を効率的に生成できる。したがって、これらの処理は、動作時間が短い配置の抽出を短時間に行うことに寄与する。

＜第３実施形態＞
第３実施形態について図７を参照して説明する。図７にしたがって、第３実施形態のレイアウト生成装置について説明する。第３実施形態で特に説明しないステップ、構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下に第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第３実施形態のレイアウト生成装置は、第１実施形態に対して、配置候補について重み付けした評価値を算出するステップを備える点が相違する。図７に示すフローチャートは、Ｓ１２０ＡとＳ１３０Ａとを備える。図７に示すフローチャートにおけるステップのうち、図４と同一符号であるステップは、第１実施形態と同様の処理が行われる。

Ｓ１２０Ａでは、Ｓ１１０で生成された配置候補のそれぞれについて、障害物を考慮しない動作時間に応じた評価値と、他のパラメータに重み付けして求めた評価値との総和を算出する。他のパラメータは、例えば、経由点の可操作度、障害物などの周囲の部材とロボット２との最小距離、ロボット２の関節角度の可動範囲からの距離などである。経由点の可操作度は、経由点を通過する際のロボット２の操作能力を定量的に示す指標である。ロボット２の関節角度の可動範囲からの距離は、それ以上動かないようにソフトウェアで制限された関節の可動範囲からの距離である。

Ｓ１２０Ａでは、これらの他のパラメータのうち少なくとも一つについて重み付けした評価値と、障害物を考慮しない動作時間に応じた評価値との総和を算出する。また、Ｓ１２０Ａでは、これらの他のパラメータのすべてについて重み付けした評価値と、障害物を考慮しない動作時間に応じた評価値との総和を算出してもよい。これにより、動作時間だけでなくロボット２の動作に関する複数のパラメータも加味した、多面的評価を実施することができる。

Ｓ１２０Ａは、障害物を考慮しないロボット２の動作時間に係る評価値に加え、ロボット２の動作に関する複数のパラメータについて点数化した評価値を算出する処理である。例えば、動作時間には正の値の重み付けをした評価を行い、他のパラメータには負の値の重み付けを行った評価をするようにする。これにより、負の値の重み付けをする他のパラメータについて重視する評価が可能になる。

以上のようにＳ１２０Ａにおいて算出された評価値の総和は、Ｓ１３０Ａにおいて比較されて、最小の評価値である配置を最良の配置として抽出する処理に用いられる。

そして経路判定部１３５が実行する処理であるＳ１４０では、Ｓ１３０Ａで抽出した最良の評価値である配置について、障害物の回避が必要か否かを判定する。

第３実施形態によれば、動作時間だけでなくロボット２の動作に関するパラメータも加味した多面的評価により、多様な評価観点を反映したレイアウト生成を実施できる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態について図８を参照して説明する。図８にしたがって、第４実施形態のレイアウト生成装置について説明する。第４実施形態で特に説明しないステップ、構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下に第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第４実施形態のレイアウト生成装置は、第１実施形態に対して、経路生成部１３６が実行する処理であるＳ１４１Ａを備える点が相違する。図８に示すフローチャートにおけるステップのうち、図４と同一符号であるステップは、第１実施形態と同様の処理が行われる。

Ｓ１４１Ａでは、障害物回避が必要な経由点区間について障害物を回避可能な経路を自動生成することを複数回実行し、この中から動作時間が最小の経路を決定する。Ｓ１４１Ａは、第１実施形態のＳ１４１において自動生成する経路を複数個生成する処理を含む。次にＳ１４２では、Ｓ１４１Ａで決定した経路について、障害物の回避が可能か否かを判定する。

第４実施形態によれば、例えば、ＲＲＴアルゴリズムなどのランダム探索で経路を生成した場合に経路がばらつくことを抑制でき、経路生成の精度を高めることに寄与する。したがって、レイアウト生成装置は、複数回の経路生成の中から得られた最良の経路選択により、さらに評価値の良い配置候補を提供できる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態について図９および図１０を参照して説明する。図９、図１０にしたがって、第５実施形態のレイアウト生成装置について説明する。第５実施形態で特に説明しないステップ、構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下に第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第５実施形態のレイアウト生成装置は、第１実施形態に対して、干渉情報付与部１３９を備える点が相違する。図１０に示すフローチャートは、干渉情報付与部１３９が実行するＳ１０５を含む。図１０に示すフローチャートにおけるステップのうち、図４と同一符号であるステップは、第１実施形態と同様の処理が行われる。

干渉情報付与部１３９が実行する処理であるＳ１０５では、経由点または経由点区間の動作に対して干渉判定情報を付与する。干渉判定情報は、Ｓ１４０Ａにおける判定処理において使用される情報である。干渉判定情報は、Ｓ１４１Ａにおける経路生成処理においても反映されることになる。経路判定部１３５が実行する処理であるＳ１４０Ａでは、Ｓ１０５で付与された干渉判定情報を使用して、最小の配置について障害物の回避が必要か否かを判定する。Ｓ１４１Ａでは、Ｓ１４０Ａで干渉判定情報を用いて行われた判定によって回避が必要となった経由点区間について、障害物を回避する回避可能経路を自動生成する。

Ｓ１０５では、障害物との干渉の有無を判定するために使用されて、ロボット２と障害物３０とに係る３Ｄモデルの組み合わせに関する情報を、経由点または経由点区間の動作に付与する。３Ｄモデルに関する情報は、例えばＲＯＭ１４に記憶されている。３Ｄモデルに関する情報は、ユーザが入力装置１１を操作することにより設定される構成でもよいし、複数の情報の中から自動的に選択される構成でもよい。干渉判定情報は、３Ｄモデルの名称やＩＤなどのペア列、予め３Ｄモデルの組み合わせ毎に設定されたグループ名やＩＤなどに分類されて、ＲＯＭ１４などに記憶されている。

以上のような干渉判定情報の付与によれば、経由点または経由点区間のロボットの動作によって変化する環境に適した経路を生成することに寄与する。

＜他の実施形態＞
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

前述の実施形態のＳ１１０は、ロボット２と障害物３０とが干渉しない配置候補を事前に抽出することを含む処理としてもよい。

本開示に記載の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ないし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、本開示に記載の装置およびその手法は、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、本開示に記載の装置およびその手法は、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。

制御装置と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。

１…レイアウト生成装置、 ２…ロボット、 １３…プロセッサ、 ３０…障害物
１３１…経由点登録部、 １３２…配置生成部、 １３３…配置評価部
１３４…配置抽出部、 １３５…経路判定部、 １３６…経路生成部
１３７…配置除外部、 １３８…配置評価更新部、 １３９…干渉情報付与部
１３８１…評価値分布推定部、 １３８２…配置候補追加部

Claims (9)

1. ロボット（２）および障害物（３０）を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成するレイアウト生成装置（１）であって、
   前記ロボットが通過する必要がある経由点または経由点区間の補間方法を登録する経由点登録部（１３１）と、
   前記ロボットと前記障害物とを含む配置を複数個生成する配置生成部（１３２）と、
   前記配置毎に前記障害物を考慮しない前記ロボットの動作時間を評価値として評価する配置評価部（１３３）と、
   前記配置評価部によって評価された前記配置の中から前記評価値が最良である前記配置を抽出する配置抽出部（１３４）と、
   前記配置抽出部によって抽出された配置について、経由点を経由する前記ロボットの動作が前記障害物を回避する必要があるか否かを判定する経路判定部（１３５）と、
   前記経路判定部において前記障害物を回避する必要があると判定した場合に、前記障害物を回避できる回避可能経路を生成する経路生成部（１３６）と、
   前記経路生成部によって生成した前記回避可能経路を追加する動作経路に係る前記ロボットの動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新する配置評価更新部（１３８）と、
   を備え、
   前記経路判定部によって前記障害物の回避が不要である前記配置が指定個数以上得られるまで、前記配置抽出部による前記配置の抽出を繰り返すレイアウト生成装置。
2. 前記配置生成部において生成した複数個の前記配置について所定の指標を用いた評価値分布を推定する評価値分布推定部（１３８１）と、
   前記評価値分布推定部において推定した前記評価値分布に対して１個または複数個の新たな配置を、前記配置抽出部において抽出対象とする配置候補として追加する配置候補追加部（１３８２）と、
   をさらに備える請求項１に記載のレイアウト生成装置。
3. 前記配置候補追加部は、前記評価値分布推定部において推定した前記評価値分布に対して動作時間が極小値に相当する新たな配置を、または当該配置の周辺に位置する新たな配置を前記配置候補として追加する請求項２に記載のレイアウト生成装置。
4. 前記配置評価部は、前記障害物を考慮しない前記ロボットの動作時間を評価した評価値と、前記経由点の可操作度、前記障害物と前記ロボットとの最小距離、および、前記ロボットの関節角度の可動範囲からの距離の少なくとも一つについて重み付けして算出した評価値との総和を算出し、
   前記配置抽出部は、前記配置評価部によって評価された前記配置の中から評価値の前記総和が最小である前記配置を抽出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレイアウト生成装置。
5. 前記経路生成部は、前記回避可能経路を生成することを複数回実行し、複数個の前記回避可能経路の中から前記ロボットの動作時間が最小の経路を決定し、
   前記配置評価更新部は、前記最小の経路を追加する動作経路に係る前記ロボットの動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレイアウト生成装置。
6. 前記経路判定部において経由点または経由点区間の動作に対して前記障害物が干渉するか否かを判定する際に用いられ、前記ロボットと前記障害物とに係る３Ｄモデルの組み合わせに関する干渉判定情報を付与する干渉情報付与部（１３９）をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレイアウト生成装置。
7. 前記経路生成部において前記回避可能経路を生成できない場合に、前記経路判定部において前記障害物を回避する必要があると判定した配置を、前記配置抽出部において抽出対象とする配置候補の中から除外する配置除外部（１３７）をさらに備える請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレイアウト生成装置。
8. プロセッサ（１３）によって実行され、ロボット（２）および障害物（３０）を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成するレイアウト生成方法であって、
   前記ロボットが通過する必要がある経由点または経由点区間の補間方法を登録し（Ｓ１００）、
   前記ロボットと前記障害物とを含む配置を複数個生成し（Ｓ１１０）、
   前記配置毎に前記障害物を考慮しない前記ロボットの動作時間を評価値として評価し（Ｓ１２０）、
   前記評価された配置の中から評価値が最良である前記配置を抽出し（Ｓ１３０）、
   前記抽出された配置について、経由点を経由する前記ロボットの動作が前記障害物を回避する必要があるか否かを判定し（Ｓ１４０）、
   前記障害物を回避する必要があると判定した場合に、前記障害物を回避できる回避可能経路を生成し（Ｓ１４１）、
   前記回避可能経路を追加する動作経路に係る前記ロボットの動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新し（Ｓ１４４）、
   前記障害物の回避が不要である前記配置が指定個数以上得られるまで、前記評価された配置の中から評価値が最良である前記配置の抽出を繰り返すレイアウト生成方法。
9. プロセッサ（１３）によって実行され、ロボット（２）および障害物（３０）を含む配置に関して評価値が最良であるレイアウトを生成するレイアウト生成装置を動作させるレイアウト生成プログラムであって、
   前記プロセッサが、
   前記ロボットが通過する必要がある経由点または経由点区間の補間方法を登録し（Ｓ１００）、
   前記ロボットと前記障害物とを含む配置を複数個生成し（Ｓ１１０）、
   前記配置毎に前記障害物を考慮しない前記ロボットの動作時間を評価値として評価し（Ｓ１２０）、
   前記評価された配置の中から評価値が最良である前記配置を抽出し（Ｓ１３０）、
   前記抽出された配置について、経由点を経由する前記ロボットの動作が前記障害物を回避する必要があるか否かを判定し（Ｓ１４０）、
   前記障害物を回避する必要があると判定した場合に、前記障害物を回避できる回避可能経路を生成し（Ｓ１４１）、
   前記回避可能経路を追加する動作経路に係る前記ロボットの動作時間を、当該配置の評価値として評価して更新し（Ｓ１４４）、
   前記障害物の回避が不要である前記配置が指定個数以上得られるまで、前記評価された配置の中から評価値が最良である前記配置の抽出を繰り返すように構成されたレイアウト生成プログラム。

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