JPH03116205A

JPH03116205A - 移動経路探索のための自由空間算出装置及び方法

Info

Publication number: JPH03116205A
Application number: JP1252419A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kondo; 浩一近藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-05-17

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のためのｔ”１由空
間算出装置及び方法に関する。

（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（以ト、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
。しかし、このＮ次元空間であるコンフィギユレーショ
ン空間の情報量は杼しく大きくなるため、何らかの工夫
をし、その情報量を圧縮しなければならない。例えば、
情報量を圧縮する方法の１つとして、経路探索に必要な
自由空間を限定する方法が知られている（［ヒユーリス
ティックな自由空間算出にもとづく障害物回避動作計画
」日本ロボット学会誌、６巻６号、１９８８、あるいは
「複数探索戦略を用いた自由空間算出による障害物回避
動作計画」日本ロボット学会誌、７巻４号、１９８９）
。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。この空間て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。

この際、コンフィギユレーション空間の情報量を圧縮し
、経路探索に必要な自由空間を限定するには、経路探索
に関連する可能性のあるセルを何らかの戦略あるいは方
法を用いて選出しなければならない。しかし、マニピュ
レータ等の移動物体の種類は多岐にわたり、それぞれに
ついてコンフィギユレーション空間を定めるパラメータ
の・種類も異なる。さらに、移動物体が移動する環境も
様々であり、環境によってコンフィギユレーション空間
の状態も複雑に変化する。経路探索に必要な自由空間を
限定するには、対象とする移動物体やその移動物体が移
動する環境に即して、経路探索に関連する可能性のある
セルを選出する戦略あるいは方法を適切に設定する必要
がある。しかし、もともと情報量が膨大で全ての情報を
得ることが不可能なコンフィギユレーション空間におい
て、あらかじめ自由空間の状態が未知の状態において、
適切なセル探索戦略あるいは方法を決めるのは非常に困
難である。そのため、あまり適切でないセル探索戦略あ
るいは方法を用いることにより、必要以上の処理を実行
しなければならない場合があるという問題点があった。

例えば、６自由度を持つ一般の移動物体（例えば、多関
節型マニピュレータ）の場合は、コンフィギユレーショ
ン空間は６次元空間となり、その膨大な情報量から、あ
まり適切でないセル探索戦略あるいは方法を用いること
によって必要となる処理量の増加は著しい。

このため、適切なセル探索戦略あるいは方法を、対象と
する移動物体、及び移動物体の移動環境に対応して適切
に設定することは非常に重要な課題である。

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１０図（ａ）　、　（ｂ）を参照して説明する。

第１０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１０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次元下
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次元下面を考え、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１０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内の障害
物の形状は、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
ル全てについてト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。

（発明が解決しようとする課題）前記したように、Ｎ次元空間であるコンフィギユレーシ
ョン空間の情報量は著しく大きくなるので、適切なセル
探索戦略あるいは方法を、対象とする移動物体、及び移
動物体の移動環境に対応して適切に設定することは非常
に重要な課題である。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、適切な
セル探索戦略あるいは方法が設定できないような場合に
おいても、他のセル探索戦略に入替えることにより、効
率良く自由空間の算出を行なうことができる自由空間算
出装置及び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に係る自由空間算
出装置は、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いは部分的について記述し、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
、経路探索に必要な自由空間を算出する自由空間算出装
置であって、前記姿勢空間内の初期位置及び最終位置の
両方又はいずれか一方から他方に向かって順に探索に関
連する可能性のあるセルを選択するセル選択手段と、こ
のセル選択手段により選択されたセルが、前記移動物体
が障害物を回避して移動可能な自由空間に位置するセル
か否かを判断する自由空間判断手段と、この自由空間判
断手段の判断に基づき自由空間に位置するセルの情報を
、或いは自由空間に位置するセル及び障害物と干渉する
セルの両方の情報を記憶する自由空間記憶手段とを備え
、前記セル選択手段は、予め設定した回数だけ前記自由
空間判断手段を起動しても前記姿勢空間内の初期位置と
最終位置とが自由空間のセルにより接続されない時には
他のセル探索戦略に入替えて自由空間を算出しなおすこ
とを特徴とする。

また、本発明に係る自由空間算出方法はＮ個の自由度を
有する移動物体の位置・姿勢を一意に定めるパラメータ
を組合わせてＮ次元の姿勢空間を設定し、この姿勢空間
を前記パラメータ毎に設定された複数のセルに分割し、
前記移動物体が姿勢空間内の初期位置及び最終位置の両
方又はいずれか一方から他方に向かって順に探索に関連
する可能性のあるセルを選択して、選択されたセルが、
移動物体が障害物を回避して移動可能な自由空間に位置
するセルか否かを判断し、この判断に基づき自由空間に
位置するセルの情報を、或いは自由空間に位置するセル
及び障害物と干渉するセルの両方の情報を記憶し、さら
に、任意のセル探索戦略を実行して記憶された自由空間
にあるセルの中から探索に関連する可能性のあるセルを
選択する際に、予め設定した起動回数になると他のセル
探索戦略に入替えて自由空間を算出しなおすことを特徴
とする。

（作用）本発明によれば、セル選択手段は、コンフィギユレーシ
ョン空間内の初期位置および最終位置のいずれか、又は
両方から他方に向って順に探索に関連する可能性のある
セルを選択する。そして、自由空間判断手段は、セル選
択手段により選択されたセルに隣接するセルを探索に関
連するセルとし、これらのセルが、移動物体が障害物を
回避して移動可能な自由空間に位置するセルか否かを判
断し、自由空間記憶手段が、自由空間判断手段の判断に
基づき自由空間に位置するセルの情報を記憶する。そし
て、セル選択手段により、コンフィギユレーション空間
内の初期位置と最終位置とが自由空間のセルにより接続
されるまで、自由空間記憶手段に記憶された自由空間に
位置するセルの中からセルを選択する。この際、予め設
定した回数だけ自由空間判断手段を起動しても初期位置
と最終位置が自由空間のセルにより接続されない場合に
は、他のセル探索戦略を用いて自由空間を算出しなおす
ことにより、少ない自由空間判断手段の起動回数で移動
経路を算出する。

（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、本発明に係る自由空間算出装置を有する移動
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、本発明に係る自由空間算出装置３０と
、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とて構成されており、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、キーボード等の位置・姿勢入力手
段８０から人力される。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、入力ミス等の防１１二の］］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１２］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、Ａ点とＢ点は、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Ｊｊ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
による干渉チェックは、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、ンクは、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。

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、後に自由空間め算出に利用される。

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が明らかになっ
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
かの状態であるかを記憶する。

探索空間分割装置４０は、第３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。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
空間は、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ることによって、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量子化の間隔を修正し、新
しい量子化の間隔を算出する。

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に出力して表示装置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、自由空間管理装置（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「は、ｒ　−ｃ　＋ｈ　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（１）と表わされる。ただし、Ｃは、初期位置酸るい
は最終位置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）から最終位置酸るいは初期位置点までの予
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、初期位置と最終位置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４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。尚、Ａ点は初期位置、Ｂ点は最終位置であ
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。

このように、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くすることができる。

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と共に、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。

そして、本発明に係るセル選択手段３１は、予め設定し
た回数（この回数は、対象とする移動物体や移動物体の
移動環境に対応して任意に設定される）だけ自由空間判
断手段３２を起動しても姿勢空間内の初期位置と最終位
置とが自由空間のセルにより接続されない時には他のセ
ル探索戦略に入替えて自由空間を算出しなおすことがで
きる。

第５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。

Ｓ３．Ｓ６は自由空間管理装置３３、ステップＳ２、Ｓ
４．Ｓ７はセル選択手段３１、ステップＳ５は自由空間
判断手段３２でそれぞれ処理される。

そして、前記した自由空間算出装置３０において、公知
の探索戦略（「ヒユーリスティックな自由空間算出にも
とづく障害物回避動作計画」日本ロボット学会誌、６巻
６号、１９８８）を用いた。

即ち、前述した（１）式のｈを以下のように定義する。

ｈ（ｃ）　−ＡＸ　　　ａ　　Ｘ　　ｅここで、Ｃは展
開されるセルのパラメータの組、ＦＣは最終位置を示す
セルのパラメータの組、Ａおよびａ（１）は係数である
。そして、例えばＡ−３とし、ａ（１）（１−１，−、
８）は、１から９までの区間においてランダムに値を設
定してセル探索戦略を設定し、例えば第６図（ａ）〜（
ｈ）に示すように、６自由度の多関節マニプレータ１３
０が初期位置（第６図（ａ））から最終位置（第６図（
ｈ））まで障害部１４０を回避して移動する経路を算出
する場合、自由空間判断手段３２の起動回数の分布は、
第７図に示すようになった。

また、同様にして第８図（ａ）〜（ｈ）に示すように３
次元空間において６自由度（Ｘ方向、ｙ方向、２方向の
並進３自由度、および、ローリング、ピッチング、ヨー
イングの回転３自由度）の剛体運動をするＵ字形の立体
が初期位置（第８図（ａ））から最終位置（第８図（ｈ
））まで障害物１４０を回避して移動する経路を算出す
る場合、自由空間判断手段３２の起動回数の分布は、第
９図に示すようになった。

これらの結果から分かるように、大部分は少ない自由空
間判断手段３２の起動回数で自由空間の算出が終了して
いるが、一部に比較的多数の自由空間判断手段３２の起
動回数を必要としているものがある。この場合、本発明
に係るセル選択手段３１は、予め設定した回数だけ自由
空間判断手段３２を起動しても姿勢空間内の初期位置と
最終位置とが自由空間のセルにより接続されない時には
他のセル探索戦略に入替えて、効率的な自由空間の算出
を実行する。

この時、入替えられるセル選択手段３１のセル探索戦略
としては、例えば前述の評価関数の係数ａ（１）をラン
ダムに発生して、他の値に設定することによって得られ
るセル探索戦略を用いることができる。

この際、すでに自由空間判断手段３２を起動して自由空
間のセルであるか障害物のセルであるかが判明している
セルについては、重複して自由空間判断手段３２を起動
することはない。また、セル探索戦略を入替えても、依
然として予め定められた回数だけ自由空間判断手段３２
を起動しても、初期位置と最終位置が自由空間のセルで
連結しない場合には、再びセル探索戦略を入替えるが、
このような場合には、基準となる自由空間判断手段３２
の起動回数を順次大きな値に切替えるようにする。

［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、予め設定した回数だけ自由空間判断手段を起
動しても初期位置と最終位置が自由空間のセルにより接
続されない場合には、他のセル探索戦略を用いて自由空
間を算出しなおすことによって、様々な移動物体及び多
様な移動環境に対して特別にセル探索戦略を設定する必
要がなくなり、効率的で汎用的な移動経路のための自由
空間算出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る自由空間算出装置を有する移動
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、探索空間分割装置を示
すブロック図、第４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５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６図（ａ）〜
（ｈ）は、６自由度マニブレークが障害物を回避して移
動する際の初期姿勢から最終姿勢までを示す斜視図、第
８図（ａ）〜（ｈ）は、３次元空間において６自由度の
剛体運動をするＵ字形の立体が移動する際の初期位置・
姿勢から最終位置姿勢までを示す斜視図、第７図、第９
図はそれぞれ第６図（ａ）〜（ｈ）、第８図（ａ）〜（
ｈ）に示した６自由度マニブレークおよびＵ字形の立体
の経路探索における自由空間判定手段の起動回数の相対
頻度を示す図、第１０図（ａ）　、　（ｂ）は、それぞ
れ実空間とコンギュ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）３４
・・・形状記憶手段３５・・・位置・姿勢算出手段３６・・・干渉チエツク手段４０・・・探索空間分割装置４１・・・占有空間算出手段４２・・・パラメータ影響度算出手段４３・・・量子化間隔修正手段５０・・・移動経路探索手段６０・・・移動経路修正手段７０・・・ＣＡＤソフトウェア８０・・・位置・姿勢人力手段９０・・・ロボットコントローラ１００・・・グラフィクス装置１１０・・・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
全体にわたって或いは部分的について記述し、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、経
路探索に必要な自由空間を算出する自由空間算出装置で
あって、前記姿勢空間内の初期位置及び最終位置の両方
又はいずれか一方から他方に向かって順に探索に関連す
る可能性のあるセルを選択するセル選択手段と、このセ
ル選択手段により選択されたセルが、前記移動物体が障
害物を回避して移動可能な自由空間に位置するセルか否
かを判断する自由空間判断手段と、この自由空間判断手
段の判断に基づき自由空間に位置するセルの情報を、或
いは自由空間に位置するセル及び障害物と干渉するセル
の両方の情報を記憶する自由空間記憶手段とを備え、前
記セル選択手段は、予め設定した回数だけ前記自由空間
判断手段を起動しても前記姿勢空間内の初期位置と最終
位置とが自由空間のセルにより接続されない時には他の
セル探索戦略に入替えて自由空間を算出しなおすことを
特徴とする自由空間算出装置。
（２）前記セル選択手段により他のセル選択戦略に入替
えた後は、既に自由空間判断手段の起動によって自由空
間であるかどうかが判断済みのセルについては再度自由
空間判断手段を起動しないことを特徴とする請求項１記
載の自由空間算出装置。
（３）Ｎ個の自由度を有する移動物体の位置・姿勢を一
意に定めるパラメータを組合わせてＮ次元の姿勢空間を
設定し、この姿勢空間を前記パラメータ毎に設定された
複数のセルに分割し、前記移動物体が姿勢空間内の初期
及び最終位置の両方又はいずれか一方から他方に向かっ
て順に探索に関連する可能性のあるセルを選択し、選択
されたセルが、移動物体が障害物を回避して移動可能な
自由空間に位置するセルか否かを判断し、この判断に基
づき自由空間に位置するセルの情報を、或いは自由空間
に位置するセル及び障害物と干渉するセルの両方の情報
を記憶し、さらに、任意のセル探索戦略を実行して記憶
された自由空間にあるセルの中から探索に関連する可能
性のあるセルを選択する際に、予め設定した起動回数に
なると他のセル探索戦略に入替えて自由空間を算出しな
おすことを特徴とする自由空間算出方法。