JPH02260008A

JPH02260008A - 探索空間分割装置及び探索空間分割方法

Info

Publication number: JPH02260008A
Application number: JP1083238A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kondo; 浩一近藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、マニプレータ等の移動物体が周囲の障害物と
の干渉を回避して初期位置から最終位置までの移動経路
を自動的に算出する移動経路探索装置で、探索空間であ
るＮ次元姿勢空間をセル分割する量子化の間隔を決定す
る探索空間分割装置、及び探索空間分割方法に関する。

（従来の技術）従来から、障害物を回避し経路を計画するには、移動物
体の位置・姿勢を一意に定めるパラメータの組によって
張られるＮ次元空間あるいは姿勢空間（以下、コンフィ
ギユレーション空間という）において、障害物と干渉せ
ず移動可能な位置・姿勢と、障害物と干渉し移動不可能
な位置・姿勢を記述する方法が有効とされてきた。この
方法では、コンフィギユレーション空間の一点が位置・
姿勢を一意に定めるパラメータの組を表すため、この点
と移動物体の位置・姿勢が１対１に対応する。そのため
、コンフィギユレーション空間内で、点が初期位置から
最終位置まで、障害物と干渉せず移動可能な領域（以下
、自由空間という）を通って移動する経路を求めればよ
い。つまり、コンフィギユレーション空間を用いること
で、複雑な形状をした物体の移動問題が、簡単な点の移
動問題に帰着される。この性質を利用して、コンフィギ
ユレーション空間において移動経路を探索する方法が知
られている。

前記した方法では、コンフィギユレーション空間におけ
る移動可能領域と移動不可能領域を記述する必要がある
。このような方法では、コンフィギユレーション空間を
計算機等で容易に扱うことができるように、コンフィギ
ユレーション空間を有限個のセルに分割して、表現して
いる。例えば、６個の関節を持つ多関節型マニプレータ
の場合においては、各軸にそれぞれの関節角を割当てた
６次元関節角空間をコンフィギユレーション空間として
考えることができる。この空間で各軸を等間隔に量子化
して６次元配列状にセル分割する。このようにするとそ
れぞれのセルがある関節角に対応し、それに対応する姿
勢が障害物と干渉をひきおこすかどうかを調べることに
より、自由空間のセルと障害物のセルに分類することが
できる。この時には、障害物と干渉しない移動経路は、
これらのセルの列、即ち、これらのセルによって表され
る姿勢の列として表現される。

ここで、コンフィギユレーション空間と実空間の相異を
、第１６図（ａ）　、　（ｂ）を参照して説明する。

第１６図（ａ）に示すように、実空間における実際の作
業環境においては、例えば移動物体であるＮ個（図では
６個）の自由度を有するマニプレータ１（このマニプレ
ータ１は、リンク７、リンク８、リンク９から成る）の
周囲に大小２つの障害物２゜３が配置されている。

今、説明のために第１６図（ａ）の矢印で示した２つの
関節のみを使用した３つのリンク７．８゜９の２次元平
面内での動きを考える。この時、リンク８とリンク９を
接続する関節角を調整して、リンク９が常に垂直方向に
なるようにする。このようにすると、マニプレータ１の
動きは関節角によって決定される２自由度の動きとなる
。コンフィギユレーション空間として、２つの関節角を
縦軸、横軸に対応させた２次元平面を考え、これを基盤
の目状にセル分割して、各セルが自由空間のセルである
か否かを調べた結果が第１６図（ｂ）に示されている。

ここに示されるように、実空間の障害物２，３が、コン
フィギユレーション空間では全く形状の異なる１つの障
害物４として表現されている。尚、６は自由空間である
。そして、マニプレータ１を動作させる時の初期位置と
最終位置は、それぞれセルＡ、　Ｂで表される。

このように、実空間の障害物とコンフィギユレーション
空間での障害物は全く異なる形状となり、それらの対応
関係を明らかにするのは非常に困難である。

またマニプレータがどのような関節によって構成されて
いるかによって、コンフィギユレーション空間の障害物
の形状では、たとえ実空間における障害物が同一であっ
ても全く異なるものとなってしまう。そのため、コンフ
ィギユレーション空間での障害物を算出するには、各セ
ル全てについて干渉チエツクを行なわなければならず、
多大な計算量を必要とする。例えば、コンフィギユレー
ション空間が６次元になった場合などでは、必要な計算
量が膨大となり、コンフィギユレーション空間における
障害物の形状を算出するのは非常に困難となる。

このように、マニプレータの自由度の増加ともに、コン
フィギユレーション空間の情報量は膨大となり、情報量
を削減する工夫が必要である。

情報量を削減する方法としては、従来マニプレータの主
要な数自由度に着目し、コンフィギユレーション空間の
低次元化をはかる方法が知られている。この方法は、例
えば、マニプレータの６つの関節のうち、全体の移動に
与える影響の小さい手先の３つの関節を無視し、影響の
大きい根元の３つの関節のみを用いる方法で、すなわち
、移動の主要部を設定する方法である。

しかし、この方法でも対象とするマニプレータ毎に移動
の主要部を設定する必要があり、汎用性が非常に低い。

（発明が解決しようとする課題）ところで、移動物体が例えば６自由度の多関節マニプレ
ータの場合、各関節を例えば５度間隔に量子化してセル
分割すると、手先（先端側）の関節の５度の動きと、根
元の関節の５度の動きとでは、マニプレータの全体の動
きに及ぼす影響が大きく異なる。このため、コンフィギ
ユレーション空間内の初期位置から最終位置まで移動す
る経路が前記セルの列として与えられると、手先の関節
が動く部分では必要以上に経路が細かく分割され、根元
の関節が動く部分では十分な近似の鞘度を得るには分割
数が不足するという問題点がある。

つまり、セルの分割数が不足して十分な近似の精度が得
られない場合、例えば、針金のような非常に細い障害物
があるような場合には、この障害物との干渉を見逃す可
能性がある。また、必要以上に細かくセル分割を行うと
、移動経路を算出するのに必要な演算量が急激に増加す
るため、移動経路を得るまでの応答時間が非常に長くな
る。このため、適切なセルの分割幅及びコンフィギユレ
ーション空間の量子化の間隔を、対象とする移動物体に
即して定めなければならないという課題があった。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、対象と
する移動物体に対して、適切なセルの分割幅及びコンフ
ィギユレーション空間の量子化の間隔を自動的に算出す
る探索空間分割装置、及び探索空間分割方法を提供しよ
うとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）前記した課題を解決するために本発明は、移動物体の位
置・姿勢を一意に定めるパラメータによって張られるＮ
次元の姿勢空間を複数のセルに分割し、これらのセルが
、移動物体が障害物と干渉しない自由空間であるか、障
害物と干渉しその位置・姿勢をとることが不可能な空間
であるかを、前記Ｎ次元の姿勢空間全体にわたって或る
いは部分的に記述し、移動物体が障害物と干渉しない自
由空間において障害物と干渉しない移動経路を算出する
移動経路探索装置において、前記セル分割のためのパラ
メータの量子化の間隔を定めるための探索空間分割装置
であって、前記移動物体のすべて或るいは一部分が実際
に移動する実空間の中で占める占有空間を算出する占有
空間算出手段と、該占有空間算出手段により求めた前記
移動物体の全て或るいは一部分が実際に移動する実空間
の中で占める占有空間の、前記パラメータのそれぞれを
個々に変化させた時と変化させる前との面積又は体積の
差を求めてその値によりパラメータ影響度を算出するパ
ラメータ影響度算出手段と、該パラメター影響度算出手
段で算出されたパラメータ影響度の値と予め決められた
値とを比較考慮することにより仮に定めた量子化の間隔
を修正してＮ次元の姿勢空間を複数のセルに分割する量
子化間隔修正手段とを具備したことを特徴とする。

また、探索空間分割方法は、移動物体の位置・姿勢を一
意に定めるパラメータによって張られるＮ次元の姿勢空
間を複数のセルに分割し、これらのセルが、移動物体が
障害物と干渉しない自由空間であるか、障害物と干渉し
その位置・姿勢をとることが不可能な空間であるかを、
前記Ｎ次元の姿勢空間全体にわたって或るいは部分的に
記述し、移動物体が障害物と干渉しない自由空間におい
て障害物と干渉しない移動経路を算出する移動経路探索
装置において、前記移動物体の全て或るいは一部分が実
際に移動する実空間の中で占める領域の、前記パラメー
タのそれぞれを個々に変化させた時と変化させる前との
面積又は体積の差を算出し、この算出結果に基づいて個
々の前記パラメータの量子化の間隔を定め、これにより
Ｎ次元姿勢空間を複数のセルに分割することを特徴とす
る。

（作用）本発明によれば、占有空間算出手段は、移動物体の全て
或るいは一部分が実際に移動する実空間の中で占有空間
を算出する。そして、パラメータ影響度算出手段は、占
有空間算出手段により求めた占有空間の、移動物体の位
置・姿勢を一意に定めるパラメータのそれぞれを個々に
変化させた時と変化させる前との面積又は体積の差を求
めてその値によりパラメータ影響度を算出する。そして
、量子化間隔修正手段によって、パラメータ影響度算出
手段で求めたパラメータ影響度の値と、予め決められた
値とを比較考慮することにより、コンフィギユレーショ
ン空間で仮に定めた量子化の間隔を修正して適切な量子
化の間隔を定め、これによりＮ次元姿勢空間を複数のセ
ルに分割する。

（実施例）以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

第１図は、本発明に係る探索空間分割装置を有する移動
経路探索装置の構成図である。この図に示すように、例
えば移動物体として２つの回転関節（２個の自由度）を
有するマニプレータ２０の移動経路を算出する移動経路
探索装置１０は、自由空間算出装置３０と、本発明に係
る探索空間分割装置４０と、移動経路探索手段５０と、
移動経路修正手段６０とで構成されている。

自由空間算出装置３０は、セル選択手段３１、自由空間
判断手段３２及び自由空間記憶手段である自由空間管理
装置３３とで構成されており、更に、自由空間判断手段
３２は、形状記憶手段３４、位置・姿勢算出手段３５、
干渉チエツク手段３６とで構成されている。

まず、初期状況では、姿勢空間としてコンフィギユレー
ション空間のどの部分が自由空間であるかが全くわかっ
ていないか、又はマニプレータ２０の構造等により明ら
かに自由空間でない領域が部分的に分っているのみであ
る。この状態で、マニプレータ２０の初期位置・姿勢及
び最終位置・姿勢が、キーボード位置・姿勢入力手段８
０から入力される。この初期情報の入力段階では、初期
位置・姿勢及び最終位置・姿勢は一般には明らかに自由
空間であるため、自由空間判断手段３２は起動されずに
、直ちに自由空間管理装置３３に記憶される。ただし、
入力スミ等の防止の目的で初期入力時でも自由空間判断
手段３２を起動してもよい。

前記したコンフィギユレーション空間は、マニプレータ
２０の位置・姿勢を一意に定めるパラメータ、即ち２つ
の関節角を組合わせた２次元に設定されており、自由空
間は、マニプレータ２０が周囲の障害物を回避して障害
物と干渉しないで移動できる空間である。また、第２図
に示すように、このコンフィギユレーション空間１２０
は、マニプレータ２０に対して、横軸に第１関節を対応
させ縦軸に第２関節を対応させ、各軸をそれぞれ１００
等分して複数のセルに分割している。この図において、
黒色のセル１２１は、マニプレータ２０が障害物と干渉
して移動不可能な領域を示し、白色のセル（コンフィギ
ユレーション空間１２０の黒色のセル１２１以外の部分
）は、マニプレータが障害物を回避し移動可能な自由空
間１２２であり、点Ａと点Ｂは、それぞれマニプレータ
２０の初期位置と最終位置である。

ただし、すでに述べたように移動経路を算出しようとす
る時には、コンフィギユレーション空間が第２図に示さ
れるような状態であることは分っておらず、コンフィギ
ユレーション空間全体が未知の部分である。

そして、セル選択手段３１は、コンフィギユレーション
空間における未知の部分を自由空間であると仮定し、マ
ニプレータ２０の初期位置・姿勢に対応するコンフィギ
ユレーション空間内のセル又はこのセルを含むセル群か
ら最終位置・姿勢のセル又はこのセルを含むセル群へ向
かって移動経路を探索し、コンフィギユレーション空間
において移動点を通ると考えられるセルを選択する。ま
た、セル選択手段３１は、最終位置・姿勢のセルから初
期位置・姿勢のセルへ向かって移動経路を探索するか、
または初期位置・姿勢のセル及び最終位置・姿勢のセル
から他方のセルへ向かって両方向に移動経路を探索する
構成としても良い。

形状記憶手段３４は、マニプレータ２０や障害物（不図
示）の形状情報などを記憶し、記憶される情報は、例え
ば既存のＣＡＤソフトウェア７０などで作成されたもの
を、ファイルなどを介して転送したものである。

位置・姿勢算出手段３５は、マニプレータ２０の関節角
などコンフィギユレーション空間を規定するパラメータ
の値から、実際にマニプレータ２０が移動する２次元ま
たは３次元実空間におけるマニプレータ２０の位置・姿
勢を算出する。

干渉チエツク手段３６は、位置・姿勢算出手段３５で算
出された結果に基づいて形状記憶手段３４に記憶された
形状情報を移動させ、その情報を利用してマニプレータ
２０と障害物が干渉するか否かを判断し、ある特定のコ
ンフィギユレーション空間において障害物と干渉しない
自由空間の点であるかを調べる。干渉チエツク手段３６
による干渉チエツクは、例えば凸条面体が半空間の積集
合で表わせるという性質を利用した公知のアルゴリズム
を用いるこで容易に行うことができる。即ち、例えば２
つの凸条面体同士の干渉チエツクは、一方の多面体のす
べての頂点が他方の多面体の各面に対して、この多面体
の反対側に位置しているか否かを判断することによりな
される。

このように、形状記憶手段３４、位置・姿勢算出手段３
５、干渉チエツク手段３６とで構成される自由空間判断
手段３２は、セル選択手段３１によって選択された各セ
ルが自由空間に位置するか否かをチエツクする。そして
、自由空間判断手段３２で得られた判断結果は、自由空
間記憶手段である自由空間管理装置３３に記憶される（
自由空間管理装置３３の説明は後述する）。

以上で述べたように、セルの選択、自由空間であるか否
かの判断、およびその判断結果の記憶という動作を初期
位置と最終位置が自由空間のセルによって連結されるま
で繰り返して実行し、必要な自由空間を算出する。

また、以下ではセルを選択し、そのセルについて自由空
間であるか否かを判断し、結果を記憶する動作のうち、
隣接するセルの干渉チエツクを行なうことをセルの展開
と呼ぶ。セルの展開によって新しく自由空間のセルであ
ることが判明したセルは、その後、そのセルをさらに展
開して自由空間の算出を継続することになるので、これ
らのセルは未展開のセルとしての属性を付加して記憶さ
れ、後に自由空間の算出に利用される。

移動経路探索手段５０は、自由空間管理装置（自由空間
記憶手段）３３に記憶されている情報（初期位置と最終
位置を含む連結した自由空間のセルの情報）を入力して
、マニプレータ２０の移動経路を算出する。また、この
結果は必要に応じて移動経路修正手段６０（詳細は特願
昭６３−１８０３０４号参照）でより望ましい移動経路
に修正され、この算出結果をロボットコントローラ９０
に出力してマニプレータ２０を動作させたり、コンピュ
ータグラフィクス装置１００に出力じて表示装置１１０
に表示する。

次に、セル選択手段３１のセル処理動作について説明す
る。セル選択手段３１は、自由空間装置（自由空間記憶
手段）３３に記憶されている未展開の自由空間のセルか
ら最も移動経路の探索に関連の深そうなセルを選択する
。この実施例では、以下のような評価関数を考慮し、こ
の評価関数が最も小さいセルを選択することとする。こ
こで、評価関数ｆは、ｒ　＝ｃ　＋ｈ　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（１）と表わされる。ただし、Ｃは、初期位置点Ａ或る
いは最終位置点Ｂのいずれか一方のセルから現在展開さ
れた中間位置までに通過したセルの数であり、ｈは、中
間位置（現在位置）から最終位置点Ｂ或るいは初期位置
点Ａまでの予想通過セル数である。このｈは、例えば中
間位置から最終位置点Ｂまでの直線距離の２倍に設定さ
れる。

セル選択・手段３１は、自由空間管理装置３３に記憶さ
れている未展開のセルの中からこの評価関数ｆが最小の
ものを選択し、このセルに隣接して、且つ干渉チエツク
がまだ行なわれていないセルを、次の自由空間の候補と
して選出する。

上記のように、セル選択手段３１によりセルの選択、自
由空間判断手段３２による干渉チエツク及び自由空間管
理装置３３による自由空間の記憶といった処理のサイク
ルを、初期位置点Ａと最終位置点Ｂとが自由空間のセル
によってつながるまで実行する。この処理の過程で展開
されるセルは、移動経路の探索に関係するセルであり、
移動経路は移動経路探索手段５０を用いてここで算出さ
れた自由空間内で探索すればよい。

第３図は、このようにして展開された自由空間の状態を
示している。同図において、コンフィギユレーション空
間１２０内において探索に関係するのは一部のみである
ことがわかる。

第４図は、前記した自由空間算出装置３０の処理動作の
フローチャートであり、ステップＳｌ。

Ｓ２．Ｓ５は自由空間管理装置３３、ステップＳ３はセ
ル選択手段３１、ステップＳ４は自由空間判断手段３２
でそれぞれ処理される。

上記したように、この実施例では２次元のコンフィギユ
レーション空間内において、実際の移動経路の探索に必
要な部分のみ干渉チエツクを行なうため、干渉チエツク
が少くてすみ効率が高い。

このため、多次元のコンフィギユレーション空間におい
ても、実際の移動経路の探索に必要な部分のみ干渉チエ
ツクを行なって必要な自由空間を算出することができ、
干渉チエツク回数を少なぐすることができる。

しかも、個々のマニプレータ毎に移動の主要部を設定す
ることなく干渉チエツク回数を低減することができるた
め、主要部の設定作業が不要になる共に、マニプレータ
の機構的な特徴に左右されず異なるマニプレータに対し
ても一般的に通用できて汎用性が高い。

次に、本発明に係る移動経路探索のための探索空間分割
装置４０の構成と動作について説明する。

探索空間分割装置４０は、第５図に示すように、自由空
間管理装置３３に記憶・管理されるコンフィギユレーシ
ョン空間を、どのような間隔で量子化し、どのような配
列としてセル分割するかを定めるものであり、占有空間
算出手段４１と、パラメータ影響度算出手段４２と、量
子化間隔修正手段４３とで構成されている。

占有空間算出手段４１は、マニプレータ２０が移動する
２次元または３次元空間におけるマニプレータ２０の位
置・姿勢を算出する位置・姿勢算出手段３５の結果に基
づき、形状記憶手段３４に記憶された形状情報を移動さ
せ、その結果を参照して算出された位置・姿勢について
マニプレータ２０の占有空間を算出する（詳細は後述す
る）。

この占有空間算出手段４１を用いて、例えば初期位置・
姿勢や最終位置・姿勢など、あるコンフィギユレーショ
ン空間を規定するパラメータの値が与えられた時に、こ
のパラメータを用いた場合の占有空間と、それぞれのパ
ラメータを一つだけ仮に定めた量子化の間隔分変化させ
た場合の占有空間を、位置・姿勢算出手段３５を利用し
て形状記憶手段３４に記憶された形状を移動させ、その
情報により算出される。

パラメータ影響算出手段４２は、占有空間算出手段４１
で求まった占有空間面積または体積の差を算出し、その
値を各パラメータの影響度とするパラメータ影響度を求
める。

量子化間隔修正手段４３は、パラメータ影響度算出手段
４２で求められたパラメータ影響度と、予め設定した値
とを比較考慮して仮に定めた貰子化の間隔を修正し、新
しい量子化の間隔を算出する。

占有空間算出手段４２としては、例えば以下に示す２つ
の方法がある。

第１の方法は、移動物体であるマニプレータ２０が移動
する２次元または３次元実空間を、配列状に等しい正方
形（長方形）または立方体（直方体）に分割する方法で
ある。第６図、第７図（ａ）。

（ｂ）、第８図（ａ）、（ｂ）　、第９図（ａ）、（ｂ
）は、それぞれ２自由度のマニプレータ２０が２次元空
間を移動する場合の一例を示したものである。このマニ
プレータ２０は第１関節２１と第２関節２２を持ち、こ
れにより張られた２次元コンフィギユレーション空間を
考えることができる。そして、第６図に示すように、マ
ニプレータ２０の作業空間である２次元平面は、正方形
に等分割されており、この時、第７図（ａ）　、　（ｂ
）はそれぞれ、パラメータである第１関節２１と第２関
節２２の関節角を変化させる前のマニプレータ１０の姿
勢と、その占有空間を等分割した正方形を示している。

この正方形を算出するには、例えば配列状に分割された
正方形を順次走査し、それぞれがマニプレータ２０を含
むかどうかを調べることによって識別される。第８図（
ａ）　、　（ｂ）は、それぞれ第２関節２２のみを変化
させた場合のマニプレータ２０の姿勢と、それに対応す
る正方形を示している。ここで、ハツチングがしである
３つの正方形は、第７図（ｂ）の場合（第１関節２１と
第２関節２２の関節角を変化させる前の状態）との差に
対応する正方形である。また、第９図（ａ）　、　（ｂ
）は、それぞれ前記同様に第１関節２１のみを変化させ
た場合のマニプレータ２０の姿勢と、それに対応する正
方形を示しており、ハツチングがしである７つの正方形
は、第７図（ｂ）の場合との差に対応する正方形である
。

第８図（ａ）　、　（ｂ）及び第９図（ａ）　、　（ｂ
）に示した第１関節２１と第２関節２２の関節角を変化
させる前と変化させた時の正方形の面積の差、即ち正方
形の個数の差（第８図（ａ）　、　（ｂ）では３、第１
０図（ａ）　、　（ｂ）では７）はパラメータ影響度算
出手段４２によって求められ、この例では、第２関節２
２の影響度は３、第１関節２１の影響度は７となる。

また、本例では、第１、第２関節２１．２２の変化の影
響を移動物体であるマニプレータ２０全体の移動として
評価したが、必要に応じて評価する対象を限定すること
も可能である。例えば、第７図に示したマニプレータ２
０において、第２関節２２の動きに注目しているのであ
れば、正方形のうち先端のリンクを含むものだけを考え
、それに基づい影響度を評価する方法が考えられる。

また、第２の方法は、クワドトリーまたはオクトトリー
に基づく方法である。第１０図に示すようにクワドトリ
ーでは、先ず２次元平面を大きな正方形で表し、それを
４つに等分割する。そして、分割された空間が対象とす
るマニプレータ２０の境界を含めば、この面を更に４つ
に等分割する。

このような正方形の再分割を分割幅が決められた値にな
るまで続ける。このように、細かく近似すべき境界部分
では細かく分割し、移動物体であるマニプレータ２０を
含まない部分は大きな正方形の集合として表す。２次元
の場合はこのように４分割し、それぞれがまた４分割さ
れるので、４つづつに分れる木構造になることからクワ
ドトリーと呼ばれる。そして、第２関節２２を変化させ
た時のマニプレータ２０の姿勢とそれに対応する占有空
間は、前記したクワドトリ一方法によって第１１図（ａ
）　、　（ｂ）のように示され、３つの大きめの正方形
と７つの小さめの正方形によって表現される。

また、３次元空間の場合では、３次元空間を８分割して
前記同様の処理を行なうことができる。

この場合の処理は、オクトトリーと呼ばれる。この場合
のパラメータの影響度は、前記した第１の方法と同様に
、パラメータ影響度算出手段４２によってクワドトリー
の情報に基づいて面積の差（オクトトリーの場合は体積
の差）を算出することによって求められる。

上記のようにしてパラメータの影響度が求まると、量子
化間隔修正手段４３により、予め望ましい影響度として
定められた値となるように、仮に定めた量子化の間隔を
比例配分することにより新しい量子化の間隔を算出する
。また、必要に応じて、量子化の間隔の範囲を定め、比
例配分の結果がこの範囲を外れた場合には、量子化の間
隔の範囲の上限または下限の値を用いるなど付加処理を
行うことも可能である。

次に、自由空間判断手段３２の判断結果を記憶する自由
空間管理装置３３の構成と動作について説明する。自由
空間管理装置３３は、第１２図に示すように、第１記憶
手段３７と第２記憶手段３８とで構成されている。

そして、自由空間管理装置３３は、各セルの状態を、す
でに展開された自由空間のセル、未展開の自由空間のセ
ル、干渉チエツクの結果障害物と干渉することは明らか
になったセル及び自由空間であるか否かが不明なセルの
いずれの状態であるかを記憶する。

前記した第３図は、展開されたコンフィギユレーション
空間内におけるセルの判断情報を示しているがここで、
本発明の自由空間管理装置３３によればコンフィギユレ
ーション空間は、例えば第１３図に示すように複数のグ
ループに分類されている。１つのグループＨは、各軸に
対して１０セルづつの１００セルを有している。コンフ
ィギユレーション空間は、例えば第１４図に示すような
第１の記憶手段３７としてのテーブルにより、判断情報
を有するグループの位置が管理される。

第１４図に示すテーブルにおいて、判断情報を有するグ
ループは、コンフィギユレーション空間内の一部のみで
あることがわかる。そして、このテーブルにおいて判断
情報を有するグループには第２の記憶手段３８たるメモ
リが割り当てられ、割り当てられたメモリの位置を示す
番号（■〜■）が書かれている。尚、判断情報を有して
いないグループには、メモリが割り当てられず、第１４
図中では“Ｘ”で示されている。

各メモリは、例えば第１５図に示すように１グル一プ分
すなわち１００セル分のメモリを１つの単位として区切
られ、順に番号（■〜［株］）が附されている。このメ
モリの番号は前記テーブルに書かれた番号と一致してお
り、そのメモリに対応するグループのセル情報が書き込
まれている。

このように、自由空間管理装置３３では、例えば２次元
のコンフィギユレーション空間内において、実際の移動
経路の探索に必要な１０グループのみにメモリを割り当
てて自由空間を管理するため、記憶容量を小さくするこ
とができる。このため、多次元のコンフィギユレーショ
ン空間においても、実際の移動経路の探索に必要なグル
ープのみの情報を記憶するだけで必要な自由空間を管理
することができ、記憶容量を少なくすることができる。

尚、マニプレータの初期位置と最終位置とが自由空間で
接続されるセルを探索する方法として公知の迷路法等を
適用しても記憶容量を少なくできることはいうまでもな
い。

また、コンフィギユレーション空間を多段のグループに
分類しても同様な効果が得られる。例えば、前記グルー
プをコンフィギユレーション空間の各軸に対して５セル
づつの２５セルを有する４つのサブグループに分類し、
第３の記憶手段が前記メモリが割り当てられたグループ
が有するサブグループの判断情報の有無を検出し判断情
報を有するサブグループの位置を検出して記憶すること
ができる。この場合、例えば、精度を向上させるために
コンフィギユレーション空間の各軸に対するセル数を増
大させたときでも必要なグループ及びサブグループのみ
の情報を記憶するだけで必要な自由空間を管理すること
ができる。

このように、前記した自由空間管理装置３３により、異
なる移動物体（例えばマニプレータ）への汎用性が高い
構成でありながら、実際の移動経路の探索に必要なグル
ープのみの情報を記憶することで多自由度を有する移動
物体の自由空間を管理する際の記憶容量を少なくするこ
とができる。

［発明の効果］以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
によれば、パラメータの量子化の間隔が実際の作業空間
である実空間において、移動物体のどれ程の動きに対応
するかを定量的に評価することが可能になり、いかなる
移動物体に対しても適切な分割幅及び量子化の間隔を算
出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る探索空間分割装置を有する移動
経路探索装置を示すブロック図、第２図は、２次元の姿
勢空間を示す説明図、第３図は、第２図の例について自
由空間を算出した結果を示す説明図、第４図は、自由空
間判断手段の処理動作を示すフローチャート、第５図は
、本発明に係る探索空間分割装置を示すブロック図、第
６図は、マニプレータの作業空間を等分割した様子を示
す図、第７図（ａ）　、　（ｂ）は、それぞれ２次元平
面内を移動する２自由度マニプレータの姿勢と、その占
有空間を等分割された正方形の集合として近似表現した
状態を示した図、第８図（ａ）　、　（ｂ）は、それぞ
れ前記マニプレータの第２関節のみを変化させた時の姿
勢と、その占有空間を等分割された正方形の集合として
近似表現した状態を示した図、第９図（ａ）　、　（ｂ
）は、それぞれ前記マニプレータの第１関節のみを変化
させた時の姿勢と、その占有空間を等分割された正方形
の集合として近似表現した状態を示した図、第１０図は
、マニプレータの作業空間をクワドトリーで分割した様
子を示す図、第１１図（ａ）　、　（ｂ）は、それぞれ
２自由度マニプレータと、それをクワドトリーで近似表
現した様子を示す図、第１２図は、自由空間管理装置（
自由空間記憶手段）を示すブロック図、第１３図は、第
３図に示された姿勢空間をグループ化した図、第１４図
は、姿勢空間に対する第１の記憶手段の配置図、第１５
図は、第２の記憶手段の配置図、第１６図（ａ）　、（
ｂ）は、それぞれ実空間とコンフィギユレーション空間
を示す説明図である。１０・・・移動経路探索装置　２０・・・マニプレータ
３０・・・自由空間算出装置　２１・・・セル選択手段
３２・・・自由空間判断手段３３・・・自由空間管理装置（自由空間記憶手段）４・
・・形状記憶手段５・・・位置・姿勢算出手段６・・・干渉チエツク手段０・・・探索空間分割装置１・・・占有空間算出手段２・・・パラメータ影響度界８手段３・・・量子化間隔修正手段０・・・移動経路探索手段０・・・移動経路修正手段０・・・ＣＡＤソフトウェア０・・・位置・姿勢入力手段０・・・ロボットコントローラ００・・・グラフィクス装置１０・・・表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）移動物体の位置・姿勢を一意に定めるパラメータ
によって張られるＮ次元の姿勢空間を複数のセルに分割
し、これらのセルが、移動物体が障害物と干渉しない自
由空間であるか、障害物と干渉しその位置・姿勢をとる
ことが不可能な空間であるかを、前記Ｎ次元の姿勢空間
全体にわたって或るいは部分的に記述し、移動物体が障
害物と干渉しない自由空間において障害物と干渉しない
移動経路を算出する移動経路探索装置において、前記セ
ル分割のためのパラメータの量子化の間隔を定める探索
空間分割装置であって、前記移動物体のすべて或るいは
一部分が実際に移動する実空間の中で占める占有空間を
算出する占有空間算出手段と、該占有空間算出手段によ
り求めた前記移動物体の全て或るいは一部分が実際に移
動する実空間の中で占める占有空間の、前記パラメータ
のそれぞれを個々に変化させた時と変化させる前との面
積又は体積の差を求めてその値によりパラメータ影響度
を算出するパラメータ影響度算出手段と、該パラメータ
影響度算出手段で算出されたパラメータ影響度の値と予
め決められた値とを比較考慮することにより仮に定めた
量子化の間隔を修正してＮ次元の姿勢空間を複数のセル
に分割する量子化間隔修正手段とを具備したことを特徴
とする探索空間分割装置。
（２）前記占有空間算出手段は、前記移動物体が移動す
る実空間を配列状に等しい正方形又は長方形又は立方体
又は直方体のいずれかに分割して、前記移動物体が実際
に移動する実空間の中で占める領域を前記正方形又は長
方形又は立方体または直方体のいずれかの集合として近
似し、前記パラメータのそれぞれを個々に変化させた時
と変化させる前との面積又は体積の差を、前記正方形又
は長方形又は立方体又は直方体の個数として評価するこ
とにより個々のパラメータの量子化の間隔を定め、これ
によりＮ次元姿勢空間を複数のセルに分割することを特
徴とする請求項（１）記載の探索空間分割装置。
（３）前記占有空間算出手段は、前記移動物体が移動す
る実空間をそれぞれオクトトリー或るいはクワドトリー
として表現し、前記パラメータのそれぞれを個々に変化
させた時と変化させる前との面積又は体積の差を、オク
トトリー或るいはクワドトリーに基づいて評価すること
により個々のパラメータの量子化の間隔を定め、これに
よりＮ次元姿勢空間を複数のセルに分割することを特徴
とする請求項（１）記載の探索空間分割装置。
（４）移動物体の位置・姿勢を一意に定めるパラメータ
によって張られるＮ次元の姿勢空間を複数のセルに分割
し、これらのセルが、移動物体が障害物と干渉しない自
由空間であるか、障害物と干渉しその位置・姿勢をとる
ことが不可能な空間であるかを、前記Ｎ次元の姿勢空間
全体にわたって或るいは部分的に記述し、移動物体が障
害物と干渉しない自由空間において障害物と干渉しない
移動経路を算出する移動経路探索装置において、前記移
動物体の全て或るいは一部分が実際に移動する実空間の
中で占める領域の、前記パラメータのそれぞれを個々に
変化させた時と変化させる前との面積又は体積の差を算
出し、この算出結果に基づいて個々の前記パラメータの
量子化の間隔を定め、これによりＮ次元姿勢空間を複数
のセルに分割することを特徴とする探索空間分割方法。