JP7460356B2

JP7460356B2 - 移動経路生成装置

Info

Publication number: JP7460356B2
Application number: JP2019205515A
Authority: JP
Inventors: ズンゴバック
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: JP2021077276A

Description

本発明は、移動経路生成装置に関する。

従来より、多関節ロボット、ＡＧＶ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧｕｉｄｅｄＶｅｈｉｃｌｅ）等のような移動体は、障害物と干渉しないように、障害物を迂回するように移動経路を設定される必要がある。このような移動体の移動経路を設定するために様々な手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１８－１６７３６１号公報

しかし、例えば、移動体が多関節ロボットの場合、到達可能な姿勢が非常に多く存在するため、従来の手法では、移動体の移動経路を効率良く生成できない場合があった。このため、効率良く適切な移動経路を生成できる移動経路生成装置が望まれる。

本開示の一態様に係る移動経路生成装置は、移動体の移動経路を生成するための移動経路生成装置であって、ＰＲＭ（ＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＲｏａｄＭａｐ）を用いて前記移動体の始点から目標点までの前記移動経路を生成するＰＲＭ経路生成部と、前記ＰＲＭ経路生成部により前記移動経路が生成されなかった場合、ＲＲＴ（Ｒａｐｉｄｌｙｅｘｐｌｏｒｉｎｇｒａｎｄｏｍｔｒｅｅ）を用いて前記移動経路を生成するＲＲＴ経路生成部と、前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記移動経路をマップ記憶部に追加する追加部と、を備える。

本発明によれば、効率良く適切な移動経路を生成できる。

移動経路生成装置の機能を示すブロック図である。移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。移動経路生成装置による移動経路の生成を示す模式図である。移動経路生成装置の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る移動経路生成装置１の機能を示すブロック図である。図１に示すように、移動経路生成装置１は、移動体としての多関節ロボット２の移動経路を生成する。移動経路生成装置１は、通信インターフェース等により多関節ロボット２と接続される。移動経路生成装置１は、制御部１１と、記憶部１２と、を備える。

なお、本実施形態は、移動経路生成装置１は、移動体として多関節ロボット２を用いて説明するが、移動体は、多関節ロボットに限定されず、例えば、ＡＧＶ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧｕｉｄｅｄＶｅｈｉｃｌｅ）等であってもよい。

制御部１１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のプロセッサであり、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することによってＰＲＭ経路生成部１１１、ＲＲＴ経路生成部１１２、移動経路再編部１１３及び追加部１１４として機能する。

記憶部１２は、ＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）やアプリケーションプログラム等を格納するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、その他の各種情報を格納するハードディスクドライブやＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等の記憶装置である。
記憶部１２は、多関節ロボット２の移動経路及びノードを記憶したデータベースであるマップ記憶部１２１を備える。

ＰＲＭ経路生成部１１１は、ＰＲＭ（ＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＲｏａｄＭａｐ）を用いて多関節ロボット２の始点から目標点までの移動経路及びノードを生成する。
具体的には、ＰＲＭ経路生成部１１１は、多関節ロボット２の始点から目標点について、障害物と干渉しない多関節ロボット２の姿勢（ノード）をランダムにいくつか生成する。ＰＲＭ経路生成部１１１は、生成したノードをつなぎ合わせた移動経路から、ダイクストラ法等のグラフ探索アルゴリズムを用いて、始点から目標点までの最短の移動経路を生成する。

また、ＰＲＭ経路生成部１１１は、マップ記憶部１２１が始点ノードＡ及び目標点ノードＢの移動経路を記憶している場合には、マップ記憶部１２１に記憶された移動経路及びノードに基づいて、ＰＲＭを用いて多関節ロボット２の始点から目標点までの移動経路を生成する。

ここで、多関節ロボット２は、到達可能な姿勢（ノード）を非常に多く有するため、ＰＲＭを用いて全てのノードを生成することは不可能である。また、ＰＲＭ経路生成部１１１は、ノードをランダムに生成するため、ノードの配置が不均一になる場合がある。この場合、ノードが生成されない領域や、無駄なノードが生成される領域が存在してしまう。

また、ＰＲＭ経路生成部１１１は、ノード数を増やした場合、ノードが生成されない領域を減らせるが、ノード数に伴いグラフ探索コストが大きくなる。このようにＰＲＭ経路生成部１１１は、始点から目標点までの移動経路の生成に失敗する場合がある。

そこで、移動経路生成装置１は、は、ＰＲＭ経路生成部１１１により移動経路が生成されなかった場合、処理をＲＲＴ経路生成部１１２に移す。

ＲＲＴ経路生成部１１２は、ＰＲＭ経路生成部１１１により移動経路が生成されなかった場合、ＲＲＴ（Ｒａｐｉｄｌｙｅｘｐｌｏｒｉｎｇｒａｎｄｏｍｔｒｅｅ）を用いて移動経路を生成する。

具体的には、ＲＲＴ経路生成部１１２は、多関節ロボット２の始点から目標点について、始点を基点として、障害物と干渉しないノードをランダムにいくつか生成する。ＲＲＴ経路生成部１１２は、生成したノードを新たな基点として、ノードをランダムにいくつか生成することを目標点に到達するまで繰り返す。ＲＲＴ経路生成部１１２は、このような処理によって移動経路を生成するため、移動経路を探索する成功率を高くすることができる。

移動経路再編部１１３は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路を再編する。具体的には、移動経路再編部１１３は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成されたノード間で新たな経路を生成可能な場合には、新たな経路を生成することにより移動経路を再編する。

追加部１１４は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する。また、追加部１１４は、移動経路再編部１１３により再編された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する。

多関節ロボット２は、移動経路生成装置１により生成された移動経路に従い動作する。多関節ロボット２は、動作制御部２１と、可動部２２と、を備える。
動作制御部２１は、多関節ロボット２全体を制御する。動作制御部２１は、ロボットに内蔵してもよく、ロボットから離間した位置に配置されていてもよい。動作制御部２１は、移動経路生成装置１により生成された移動経路に従い可動部２２を制御する。
可動部２２は、多関節ロボット２のアーム及びハンドであり、動作制御部２１の制御に従い動作する。

図２から図７は、移動経路生成装置１による移動経路の生成を示す模式図である。図２及び図３では、移動経路生成装置１は、始点ノードＡから目標点ノードＢへの移動経路を生成する。また、図２から図７において、Ｘ１からＸ５は、障害物を表す。

図２に示すように、処理の開始時には、始点ノードＡ及び目標点ノードＢについて、マップ記憶部１２１に移動経路及びノードのデータがないため、ＰＲＭ経路生成部１１１は、移動経路の生成に失敗する。

次に、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ＲＲＴを用いて移動経路を生成する。具体的には、図３に示すように、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ノードＰ１及びＰ２を生成し、ノードＡ，Ｐ１，Ｐ２及びＢを含む移動経路を生成する。そして、追加部１１４は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路及びノードをマップ記憶部１２１に追加する。

図４から図６では、始点ノードＡから目標点ノードＣへの移動経路を生成する。
図４に示すように、目標点ノードＣについて、マップ記憶部１２１に記憶されたノード及び移動経路が不十分であるため、ＰＲＭ経路生成部１１１は、移動経路の生成に失敗する。

次に、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ＲＲＴを用いて移動経路を生成する。
具体的には、図５に示すように、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ノードＰ３を生成し、ノードＡ，Ｐ１，Ｐ３及びＣを含む移動経路を生成する。

そして、図６に示すように、移動経路再編部１１３は、ノードＰ２とノードＰ３との間に新たな移動経路を生成可能であるため、ノードＰ２とノードＰ３との間に移動経路を生成する。追加部１１４は、ＲＲＴ経路生成部１１２及び移動経路再編部１１３により生成された移動経路及びノードをマップ記憶部１２１に追加する。

次に、図７において、ノードＢからノードＣへの移動経路を生成する場合、マップ記憶部１２１は、ノードＢ及びノードＣの移動経路及びノードのデータが存在する。そのため、ＰＲＭ経路生成部１１１は、マップ記憶部１２１に記憶された移動経路及びノードに基づいて、ノードＢからノードＣへの移動経路を短時間で生成することができる。

図８は、移動経路生成装置１の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、ＰＲＭ経路生成部１１１は、ＰＲＭを用いて多関節ロボット２の動作の始点から目標点までの移動経路を生成する。

ステップＳ２において、ＰＲＭ経路生成部１１１は、移動経路の生成が成功したか否かを判定する。移動経路の生成が成功した場合（ＹＥＳ）には、処理を終了し、移動経路の生成が失敗した場合（ＮＯ）には、ステップＳ３へ移る。

ステップＳ３において、ＲＲＴ経路生成部１１２は、ＲＲＴを用いて移動経路を生成する。
ステップＳ４において、ＲＲＴ経路生成部１１２は、移動経路の生成が成功したか否かを判定する。移動経路の生成が成功した場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳ５へ移り、移動経路の生成が失敗した場合（ＮＯ）には、再度ステップＳ４へ戻る。

ステップＳ５において、移動経路再編部１１３は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路を再編する。

ステップＳ６において、追加部１１４は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路及びノード、並びに移動経路再編部１１３により再編された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する。その後、処理は、ステップＳ１へ戻る。

本開示の一態様によれば、移動経路生成装置１は、ＰＲＭを用いて多関節ロボット２の動作の始点から目標点までの移動経路を生成するＰＲＭ経路生成部１１１と、ＰＲＭ経路生成部１１１により移動経路が生成されなかった場合、ＲＲＴを用いて移動経路を生成するＲＲＴ経路生成部１１２と、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する追加部１１４と、を備える。

これにより、移動経路生成装置１は、マップ記憶部１２１において、移動経路の探索に必要となる移動経路及びノードのみを順次追加する。したがって、移動経路生成装置１は、ＰＲＭによる初期に移動経路を生成するコストを削減し、移動経路の探索成功率を向上させ、移動経路を短時間で作成することができる。

また、移動経路生成装置１は、ＲＲＴ経路生成部１１２により生成された移動経路を再編する移動経路再編部１１３を更に備え、追加部１１４は、移動経路再編部１１３により再編された移動経路をマップ記憶部１２１に追加する。これにより、移動経路生成装置１は、適切な移動経路を追加することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１移動経路生成装置
２多関節ロボット
１１制御部
１２記憶部
２１動作制御部
２２可動部
１１１ＰＲＭ生成部
１１２ＲＲＴ生成部
１１３移動経路再編部
１１４追加部
１２１マップ記憶部

Claims

多関節ロボットである移動体の移動経路を生成するための移動経路生成装置であって、
ＰＲＭ（ＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＲｏａｄＭａｐ）を用いて、前記多関節ロボットの始点から目標点について、障害物と干渉しない前記多関節ロボットの姿勢であるノードをランダムに生成し、生成したノードをつなぎ合わせた前記移動経路から、グラフ探索アルゴリズムを用いて、前記始点から前記目標点までの前記移動経路を生成するＰＲＭ経路生成部と、
前記多関節ロボットの前記移動経路及び前記ノードを記憶したデータベースであるマップ記憶部と、
前記ＰＲＭ経路生成部により前記移動経路が生成されなかった場合、ＲＲＴ（Ｒａｐｉｄｌｙｅｘｐｌｏｒｉｎｇｒａｎｄｏｍｔｒｅｅ）を用いて、前記始点を基点として、前記障害物と干渉しない前記多関節ロボットの姿勢であるノードを生成し、生成したノードを新たな基点として、ノードを生成することを前記目標点に到達するまで繰り返すことによって、前記移動経路を生成するＲＲＴ経路生成部と、
前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記移動経路を前記マップ記憶部に追加する追加部と、
前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記ノード間で新たな経路を生成可能な場合には、前記新たな経路を生成することにより、前記移動経路を再編する移動経路再編部と、
を備え、
前記多関節ロボットは、
前記多関節ロボット全体を制御する動作制御部と、
前記多関節ロボットのアーム及びハンドであり、前記動作制御部の制御に従い、前記ＰＲＭ経路生成部又前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記移動経路に従い動作する可動部と、
を備え、
始点から第１目標点への第１移動経路を生成する際に、前記ＰＲＭ経路生成部は、処理の開始時に、始点ノード及び第１目標点ノードについて、前記マップ記憶部に前記第１移動経路、前記始点ノード及び前記第１目標点ノードのデータが記憶されていない場合、前記第１移動経路の生成に失敗し、
前記ＲＲＴ経路生成部は、前記ＰＲＭ経路生成部により前記第１移動経路が生成されなかった場合、前記ＲＲＴを用いて前記第１移動経路を生成し、
前記追加部は、前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記第１移動経路、並びに前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記始点ノード及び前記第１目標点ノードを含むノードを前記マップ記憶部に追加し、
前記始点から第２目標点への第２移動経路を生成する際に、前記ＰＲＭ経路生成部は、第２目標点ノードについて、前記マップ記憶部に前記第２移動経路及び前記第２目標点ノードが記憶されていない場合、前記第２移動経路の生成に失敗し、
前記ＲＲＴ経路生成部は、前記ＰＲＭ経路生成部により前記第２移動経路が生成されなかった場合、前記ＲＲＴを用いて前記第２移動経路を生成し、
前記移動経路再編部は、前記ＲＲＴ経路生成部により前記第１移動経路及び前記第２移動経路の生成時に生成されたノード間で新たな経路を生成可能な場合には、前記新たな経路を生成し、
前記追加部は、前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記第２移動経路、前記ＲＲＴ経路生成部により生成された前記始点ノード及び前記第２目標点ノードを含むノード、並びに前記移動経路再編部により生成された前記新たな移動経路を前記マップ記憶部に追加し、
前記第１目標点から前記第２目標点への第３移動経路を生成する際に、前記ＰＲＭ経路生成部は、前記第１目標点ノード及び前記第２目標点ノードについて、前記第３移動経路、前記第１目標点ノード及び前記第２目標点ノードのデータが前記マップ記憶部に記憶されている場合、前記マップ記憶部に記憶されたデータに基づいて、前記第３移動経路を生成する、
移動経路生成装置。