JPH03233605A - 経路生成方法及びその装置 - Google Patents
経路生成方法及びその装置Info
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- JPH03233605A JPH03233605A JP2028290A JP2829090A JPH03233605A JP H03233605 A JPH03233605 A JP H03233605A JP 2028290 A JP2028290 A JP 2028290A JP 2829090 A JP2829090 A JP 2829090A JP H03233605 A JPH03233605 A JP H03233605A
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- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims abstract description 74
- 230000006870 function Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
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- Manipulator (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Numerical Control (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、限定された領域内を移動する移動体やアーム
などの機構の移動目標経路の生成方法に関わり、特に無
人搬送車や自律移動ロボット、ロボットアームなどの動
作制御装置に関する。
などの機構の移動目標経路の生成方法に関わり、特に無
人搬送車や自律移動ロボット、ロボットアームなどの動
作制御装置に関する。
発明に最も近い公知例：
障害物との干渉を避けて移動する経路を求める問題とし
て代表的なものに、移動ロボットの経路探索問題と、ロ
ボットアームの経路探索問題がある。移動ロボットは空
間内で孤立点として自由に移動できるので、実空間内で
そのまま経路探索ができる。これに対しロボットアーム
では、根元位置や関節動作角度範囲が限定されているた
め、実空間内で先端位置だけに着目して経路を求めるこ
とはできない。そこで一般には、ｎ自由度の関節動作範
囲をｎ次元の直交座標空間に写像した。コンフィギユレ
ーション空間内で経路探索をおこなう。これによってロ
ボットアームの経路探索は、移動ロボットの経路探索と
同様に扱える。
て代表的なものに、移動ロボットの経路探索問題と、ロ
ボットアームの経路探索問題がある。移動ロボットは空
間内で孤立点として自由に移動できるので、実空間内で
そのまま経路探索ができる。これに対しロボットアーム
では、根元位置や関節動作角度範囲が限定されているた
め、実空間内で先端位置だけに着目して経路を求めるこ
とはできない。そこで一般には、ｎ自由度の関節動作範
囲をｎ次元の直交座標空間に写像した。コンフィギユレ
ーション空間内で経路探索をおこなう。これによってロ
ボットアームの経路探索は、移動ロボットの経路探索と
同様に扱える。
これらの経路探索は種々の方法が提案されているが、代
表的なものとして分岐探索法（比留用博久はか１名、安
全第一アルゴリズムとポテンシャル関数に基づくマニピ
ュレータの障害物回避法。
表的なものとして分岐探索法（比留用博久はか１名、安
全第一アルゴリズムとポテンシャル関数に基づくマニピ
ュレータの障害物回避法。
日本ロボット学会誌 第５巻 第３号（１９８７年）。
第３頁から第１１頁）がある。平面上を移動する場合、
まず全領域を細かな正方領域に分割する。
まず全領域を細かな正方領域に分割する。
起点を含む正方領域の周囲の正方領域へはロボットが移
動できるから経路の候補とする。つぎにそれらひとつひ
とつの正方領域から同様にして経路の候補を得ることが
できる。障害物を含む領域は、以後経路を展開しない。
動できるから経路の候補とする。つぎにそれらひとつひ
とつの正方領域から同様にして経路の候補を得ることが
できる。障害物を含む領域は、以後経路を展開しない。
この操作を、終点を含む正方領域に至るまで繰り返すこ
とにより、起点から終点に至る経路を得ることができる
。このとき全分岐数は、１回の分岐数をｍ、起点から終
点に至る平均ステップ数をｎとするとｍｏとなる。
とにより、起点から終点に至る経路を得ることができる
。このとき全分岐数は、１回の分岐数をｍ、起点から終
点に至る平均ステップ数をｎとするとｍｏとなる。
この方法に要する計算時間は、全分岐数に比例するので
、ｍ、ｎが大きくなるにつれて天文学的な数字となる。
、ｍ、ｎが大きくなるにつれて天文学的な数字となる。
例えば分岐数として一般的なｍ＝４を用い、ｎは問題の
複雑さにもよるがｎ＝５０とした場合、解が探索過程の
中間段階で見つかるとしても、解に至るまでの総分岐数
は６Ｘ１０”程度の値になる。このような量の計算は事
実上不可能であり、また移動制御は実時間で行なう必要
があるため、実際には計算量を圧縮する処理がなされる
。
複雑さにもよるがｎ＝５０とした場合、解が探索過程の
中間段階で見つかるとしても、解に至るまでの総分岐数
は６Ｘ１０”程度の値になる。このような量の計算は事
実上不可能であり、また移動制御は実時間で行なう必要
があるため、実際には計算量を圧縮する処理がなされる
。
たとえば解が得られそうな方向へ分岐を展開するヒユー
リスティク探索法や、起点と終点の間にサブゴールを与
える方法、解が得られる見込みのない分岐を圧縮してし
まう方法がある。しかしこれらの処理によって解の正確
さが損なわれ、ときには解に到達できなくなる恐れがあ
るうえ、総分岐数が指数関数的に増加することには変わ
りない。
リスティク探索法や、起点と終点の間にサブゴールを与
える方法、解が得られる見込みのない分岐を圧縮してし
まう方法がある。しかしこれらの処理によって解の正確
さが損なわれ、ときには解に到達できなくなる恐れがあ
るうえ、総分岐数が指数関数的に増加することには変わ
りない。
分岐探索以外の方法として、ポテンシャル法。
迷路法があるが、いずれも膨大な計算時間を要すること
には変わりがない。前者は日本ロボット学会誌、第１巻
第３号（１９８３年）、第６６頁から第７２頁に、後者
は日本ロボット学会誌、第５巻第４号（１９８７年）、
第１１頁から第１９頁に詳しく述へられている。
には変わりがない。前者は日本ロボット学会誌、第１巻
第３号（１９８３年）、第６６頁から第７２頁に、後者
は日本ロボット学会誌、第５巻第４号（１９８７年）、
第１１頁から第１９頁に詳しく述へられている。
本発明の第一の目的は、移動体や機構の移動に際して、
移動領域の地図と起点、終点が与えられたときに、障害
物との干渉を避けて移動する経路を短時間で生成する経
路生成手法を提供することにある。本発明の第二の目的
は、前述の障害物との干渉を避けて移動する経路を必ず
見つけることができる経路生成手法を提供することにあ
る。
移動領域の地図と起点、終点が与えられたときに、障害
物との干渉を避けて移動する経路を短時間で生成する経
路生成手法を提供することにある。本発明の第二の目的
は、前述の障害物との干渉を避けて移動する経路を必ず
見つけることができる経路生成手法を提供することにあ
る。
上記目的は、与えられた移動領域の地図を障害物のない
領域にいったん写像して、写像領域において経路を一意
に決め、つぎにこれを逆写像して実際の移動経路を得る
ことにより解決できる。また、前記領域が内側に凸状の
境界持たない領域とすることで、解決できる。
領域にいったん写像して、写像領域において経路を一意
に決め、つぎにこれを逆写像して実際の移動経路を得る
ことにより解決できる。また、前記領域が内側に凸状の
境界持たない領域とすることで、解決できる。
与えられる地図の境界形状は必ずしも一定ではないので
、地図が２次元の場合は長方形など、３次元の場合は直
方体など、内側に凸の境界を持たない領域に写像する。
、地図が２次元の場合は長方形など、３次元の場合は直
方体など、内側に凸の境界を持たない領域に写像する。
写像によって「実際の移動領域の地図」と「写像領域」
を結びつけるわけだが、このときの方法としては内挿に
よる・方法、複素変数による方法、偏微分方程式による
方法などがあり、いずれを用いてもよい。
を結びつけるわけだが、このときの方法としては内挿に
よる・方法、複素変数による方法、偏微分方程式による
方法などがあり、いずれを用いてもよい。
写像領域内で経路を決めるには、起点と終点を直線ない
しはある特定の評価関数に従った曲線で結べばよい。こ
のとき経路を一意に決めるため。
しはある特定の評価関数に従った曲線で結べばよい。こ
のとき経路を一意に決めるため。
すなわち経路の候補を複数生ずることを防ぐため、写像
領域内には孤立障害物を含まないことが望ましい。この
ために、与えられた地図からあらかじめ孤立障害物を取
り除く必要がある。このために孤立障害物が領域境界と
最も近い部分に仮想的に壁を設けたり、孤立障害物を領
域境界に接するまで仮想的に移動させる操作を施す。
領域内には孤立障害物を含まないことが望ましい。この
ために、与えられた地図からあらかじめ孤立障害物を取
り除く必要がある。このために孤立障害物が領域境界と
最も近い部分に仮想的に壁を設けたり、孤立障害物を領
域境界に接するまで仮想的に移動させる操作を施す。
この方法によれば、移動経路を決める際に分岐探索を全
くおこなわない。したがって経路決定に必要な所要時間
は、与えられた移動領域の地図から孤立障害物を除去す
るなどの前処理、「移動領域の地図」から「写像領域」
への写像、および逆写像の合計となる。実際には写像・
逆写像に要する時間がほとんどを占めるが、これは境界
領域の分割数の２乗に比例する。問題の複雑さと分割数
は一般に比例関係にあるため１本方法の所要時間は問題
の複雑さの２乗に比例する。したがって従来の経路探索
と比べて、問題が複雑になるほど時間短縮効果が大きく
なる。
くおこなわない。したがって経路決定に必要な所要時間
は、与えられた移動領域の地図から孤立障害物を除去す
るなどの前処理、「移動領域の地図」から「写像領域」
への写像、および逆写像の合計となる。実際には写像・
逆写像に要する時間がほとんどを占めるが、これは境界
領域の分割数の２乗に比例する。問題の複雑さと分割数
は一般に比例関係にあるため１本方法の所要時間は問題
の複雑さの２乗に比例する。したがって従来の経路探索
と比べて、問題が複雑になるほど時間短縮効果が大きく
なる。
本方法では、写像後の地図が距離・時間情報を持たない
。このため写像領域内で起点と終点を直線で結んで得た
経路は、最短距離・最短時間経路にはならない。しかし
ながら本方法では、障害物と干渉せずに終点に至る解が
必ず一意に決まり、従来の探索のように解に至らず停留
することがない。
。このため写像領域内で起点と終点を直線で結んで得た
経路は、最短距離・最短時間経路にはならない。しかし
ながら本方法では、障害物と干渉せずに終点に至る解が
必ず一意に決まり、従来の探索のように解に至らず停留
することがない。
つぎに本発明の一実施例を、図を用いて説明する。第１
図は、本発明の経路生成方法を用いた移動ロボットのシ
ステム構成である。経路生成に先だって、まず操作者に
よって入力袋＠１から入力データ２が地図入力サブシス
テム３に送られる。
図は、本発明の経路生成方法を用いた移動ロボットのシ
ステム構成である。経路生成に先だって、まず操作者に
よって入力袋＠１から入力データ２が地図入力サブシス
テム３に送られる。
地図入力サブシステム３はこれらを地図情報６にまとめ
あげ、格子生成サブシステム７に送る。格子生成サブシ
ステム７では、写像時に実際の地図と写像領域を結びつ
けるための格子点を地図に付加し、その結果を地図情報
記憶領域８に送る。地図情報メモリ８に記憶されている
格子付き地図１２は、写像・逆写像サブシステム９によ
って長方形領域１３に写像され、写像領域メモリＯに記
憶される。このとき同時に、地図上の起点、終点も長方
形領域１３に写像する。長方形領域１３上の起点・終点
は、経路生成サブシステム１１によって直線あるいは何
らかの評価関数に従った曲線で結ばれる。つぎにこの長
方形領域１３の情報を写像・逆写像サブシステム９によ
って元の形状に逆写像し、経路情報入り地図１４を得る
。地図情報メモリ８から目標経路１５が走行制御サブシ
ステム１６に送られ、これに基づいて走行指令１７か移
動機構１８に送られることにより移動する。
あげ、格子生成サブシステム７に送る。格子生成サブシ
ステム７では、写像時に実際の地図と写像領域を結びつ
けるための格子点を地図に付加し、その結果を地図情報
記憶領域８に送る。地図情報メモリ８に記憶されている
格子付き地図１２は、写像・逆写像サブシステム９によ
って長方形領域１３に写像され、写像領域メモリＯに記
憶される。このとき同時に、地図上の起点、終点も長方
形領域１３に写像する。長方形領域１３上の起点・終点
は、経路生成サブシステム１１によって直線あるいは何
らかの評価関数に従った曲線で結ばれる。つぎにこの長
方形領域１３の情報を写像・逆写像サブシステム９によ
って元の形状に逆写像し、経路情報入り地図１４を得る
。地図情報メモリ８から目標経路１５が走行制御サブシ
ステム１６に送られ、これに基づいて走行指令１７か移
動機構１８に送られることにより移動する。
なお移動にともなって、走行制御サブシステム１６から
地図入力サブシステム３に移動情報１９が送られ、これ
に基づいて一定距離走行ごとにソナー４で移動ロボット
の周辺環境を測定し、地図データを更新し同じ動作を繰
り返す。
地図入力サブシステム３に移動情報１９が送られ、これ
に基づいて一定距離走行ごとにソナー４で移動ロボット
の周辺環境を測定し、地図データを更新し同じ動作を繰
り返す。
第２図は本発明の経路生成の手順を示したものである。
経路生成を開始２１すると、まず地図人力２２を行なう
。この地図データにおいて境界に接しない孤立障害物が
あると、経路が一意に定まらなくなるので、孤立障害物
を検出・消去２３する操作を行なう。この地図を長方形
領域に写像するのに１両者の境界上の点の対応関係を定
めれば、内挿などにより領域内部の点の対応も定まる。
。この地図データにおいて境界に接しない孤立障害物が
あると、経路が一意に定まらなくなるので、孤立障害物
を検出・消去２３する操作を行なう。この地図を長方形
領域に写像するのに１両者の境界上の点の対応関係を定
めれば、内挿などにより領域内部の点の対応も定まる。
このために、写像後に長方形の４頂点になるべき地図上
の点を決定２４する。４頂点および境界上の点の対応関
係が定まれば、内挿または偏微分方程式を解いて領域全
体の対応関係が求まる。すなわちもとの地図から長方形
領域への写像２５が可能である。つぎに長方形領域上で
起点と終点を接続することにより、経路決定２６ができ
る。さらに。
の点を決定２４する。４頂点および境界上の点の対応関
係が定まれば、内挿または偏微分方程式を解いて領域全
体の対応関係が求まる。すなわちもとの地図から長方形
領域への写像２５が可能である。つぎに長方形領域上で
起点と終点を接続することにより、経路決定２６ができ
る。さらに。
さきほどの地図と長方形領域の対応関係を用いて、この
経路を実際の地図上に逆写像２７できる。この結果、実
際の地図上における移動経路が得られる。最後にこの移
動経路を出力２８して、経路生成を終了２９する。
経路を実際の地図上に逆写像２７できる。この結果、実
際の地図上における移動経路が得られる。最後にこの移
動経路を出力２８して、経路生成を終了２９する。
第３図は、第２図で示した経路生成手順を、具体例で示
したものである。（ａ）は入力する地図で、境界３１と
起点３２．終点３３から成る。
したものである。（ａ）は入力する地図で、境界３１と
起点３２．終点３３から成る。
（ｂ）は写像後に長方形の頂点になるべき４点Ａ〜Ｄを
決め、領域上を分割したものである。計算機を用いて機
械的に行なう場合は、ＡＤ間とＢＣ間を同数に等分割、
ＡＢ間とＤＣ間を同数に等分割すればよい。（ｃ）では
境界上の点どうしを結んで内挿し、境界内部の点の位置
を知ることができる。（ｄ）は（ｃ）を（ｃ）と同じ分
割数からなる長方形領域３７で表わしたものである。（
ｃ）の交点と（ｄ）の交点が一対一に対応しているので
、（ｃ）から（ｄ）へ写像が成り立つ。起点３５と終点
３６を例えば直線で結ぶことにより、経路３８を得るこ
とができる。（ｄ）で得た経路を実際の地図の形状に逆
写像することにより、（ｅ）に示すように実際の地図上
で目標経路３９が得られる。このように内挿によって写
像すると、写像は単純な線形計算の繰り返しとなり、短
時間で写像・逆写像を実行できる。
決め、領域上を分割したものである。計算機を用いて機
械的に行なう場合は、ＡＤ間とＢＣ間を同数に等分割、
ＡＢ間とＤＣ間を同数に等分割すればよい。（ｃ）では
境界上の点どうしを結んで内挿し、境界内部の点の位置
を知ることができる。（ｄ）は（ｃ）を（ｃ）と同じ分
割数からなる長方形領域３７で表わしたものである。（
ｃ）の交点と（ｄ）の交点が一対一に対応しているので
、（ｃ）から（ｄ）へ写像が成り立つ。起点３５と終点
３６を例えば直線で結ぶことにより、経路３８を得るこ
とができる。（ｄ）で得た経路を実際の地図の形状に逆
写像することにより、（ｅ）に示すように実際の地図上
で目標経路３９が得られる。このように内挿によって写
像すると、写像は単純な線形計算の繰り返しとなり、短
時間で写像・逆写像を実行できる。
写像に必要な格子の生成は、第３図に示した内挿による
方法のほか、偏微分方程式を解くことによっても可能で
ある。この原理を第４図を用いて説明する。（ａ）は与
えられた地図４１を示し。
方法のほか、偏微分方程式を解くことによっても可能で
ある。この原理を第４図を用いて説明する。（ａ）は与
えられた地図４１を示し。
最初は境界内部の格子はないものとする。座標軸４２は
ｘ−ｙ座標系とし、Ａ−Ｄの４点が写像後に長方形の４
頂点となる。また（ｂ）は写像後の長方形領域４３とそ
の内部の格子を示す。座標軸４４はξ−η座標系とする
。このとき（ａ）の格子点と（ｂ）の格子点は、つぎの
偏微分方程式で１対１に対応づけられる。
ｘ−ｙ座標系とし、Ａ−Ｄの４点が写像後に長方形の４
頂点となる。また（ｂ）は写像後の長方形領域４３とそ
の内部の格子を示す。座標軸４４はξ−η座標系とする
。このとき（ａ）の格子点と（ｂ）の格子点は、つぎの
偏微分方程式で１対１に対応づけられる。
ξ。＋ξアｙ”Ｐ（ξ、η） ・・・（１
）η□十ηｙ、＝Ｑ（ξ、η） ・・（
２）ここでξｘｘはξのＸによる２階偏微分を示す。
）η□十ηｙ、＝Ｑ（ξ、η） ・・（
２）ここでξｘｘはξのＸによる２階偏微分を示す。
したがって（ａ）と（ｂ）の境界を対応させながら上記
の偏微分方程式を解けば、地図上に（ａ）に示すような
格子を生成することができる。このとき一般にはＰ＝Ｑ
＝Ｏでよいが、Ｐ、Ｑの値を操作することにより、格子
点の分布を移動させることができる。
の偏微分方程式を解けば、地図上に（ａ）に示すような
格子を生成することができる。このとき一般にはＰ＝Ｑ
＝Ｏでよいが、Ｐ、Ｑの値を操作することにより、格子
点の分布を移動させることができる。
Ｐ二Ｑ＝Ｏとした上記偏微分方程式では、境界線の凹凸
によって境界近傍の格子間隔が粗密になる性質がある。
によって境界近傍の格子間隔が粗密になる性質がある。
たとえば第５図（ａ）は境界線４５が領域内部方向に凸
となった場合であるが、境界に治ったη＝一定の格子線
４６とＸ軸４７との交差状態からη。〉０となることが
わかる。したがって（１）式からη８ｘ〈０となりδη
／δｙが単調減少するため、η＝一定の格子線４６の間
隔は境界近傍で狭くなる。一方これと逆に、第５図（ｂ
）は境界線５１が領域内部方向に凸となった場合で、境
界に沿ったη＝一定の格子線５２とＸ軸５３との交差状
態から境界近傍で格子間隔が広くなる。このため、上記
方法で求めた格子点は、内挿法で得た格子に比べると滑
らかな形状となり。
となった場合であるが、境界に治ったη＝一定の格子線
４６とＸ軸４７との交差状態からη。〉０となることが
わかる。したがって（１）式からη８ｘ〈０となりδη
／δｙが単調減少するため、η＝一定の格子線４６の間
隔は境界近傍で狭くなる。一方これと逆に、第５図（ｂ
）は境界線５１が領域内部方向に凸となった場合で、境
界に沿ったη＝一定の格子線５２とＸ軸５３との交差状
態から境界近傍で格子間隔が広くなる。このため、上記
方法で求めた格子点は、内挿法で得た格子に比べると滑
らかな形状となり。
移動ロボットなどの移動経路として適したものになる。
つぎに与えられた地図中に境界に接しない孤立障害物が
存在するときに、これを取り除く方法について示す。第
６図は地図内に仮想的に壁を設けて、孤立障害物を境界
につなげる方法である。
存在するときに、これを取り除く方法について示す。第
６図は地図内に仮想的に壁を設けて、孤立障害物を境界
につなげる方法である。
（ａ）は地図を与えられた状態を示し、境界５５゜孤立
障害物５６．起点５７．終点５８から成っている。この
とき、境界５５の孤立障害物５６の距離の最小の部分を
仮想的に壁でつないで通過不能にすると、（ｂ）で示す
ような境界５９で囲まれた領域となる。
障害物５６．起点５７．終点５８から成っている。この
とき、境界５５の孤立障害物５６の距離の最小の部分を
仮想的に壁でつないで通過不能にすると、（ｂ）で示す
ような境界５９で囲まれた領域となる。
第７図は与えられた地図を展開して、孤立障害物を取り
除く方法を示す。（ａ）は与えられた地図で、境界６０
と孤立障害物６１からなり、最終的に得られる格子を重
ねて示しである。このとき境界６０と孤立障害物６１を
つなぐ線６２を考え、この線６２で地図を切断して展開
する。この結果（ｂ）のように孤立障害物を含まない領
域が得られる。このとき境界６３は孤立障害物６１に、
境界６５は境界６０に対応する。また境界６４と境界６
５は本来同一の場所で、線６２に対応する。
除く方法を示す。（ａ）は与えられた地図で、境界６０
と孤立障害物６１からなり、最終的に得られる格子を重
ねて示しである。このとき境界６０と孤立障害物６１を
つなぐ線６２を考え、この線６２で地図を切断して展開
する。この結果（ｂ）のように孤立障害物を含まない領
域が得られる。このとき境界６３は孤立障害物６１に、
境界６５は境界６０に対応する。また境界６４と境界６
５は本来同一の場所で、線６２に対応する。
第８図は、写像時に孤立障害物を圧縮して消してしまう
方法である。（ａ）は与えられた地図を示し、境界７３
．孤立障害物７４．起点７１．終点７２から構成されて
いる。移動ロボットは移動面上で大きさを持つので、ま
ず（ｂ）に示すように移動ロボットの大きさに分は孤立
障害物７５を拡大し、障害物との干渉について移動ロボ
ットの面積を考慮しなくてもよいようにする。したがっ
て（ｂ）では起点７３．終点７２とも点で示しである。
方法である。（ａ）は与えられた地図を示し、境界７３
．孤立障害物７４．起点７１．終点７２から構成されて
いる。移動ロボットは移動面上で大きさを持つので、ま
ず（ｂ）に示すように移動ロボットの大きさに分は孤立
障害物７５を拡大し、障害物との干渉について移動ロボ
ットの面積を考慮しなくてもよいようにする。したがっ
て（ｂ）では起点７３．終点７２とも点で示しである。
このとき孤立障害物７５の内部に格子点が入らないよう
に格子分割を施し、孤立障害物７５を一点に収約したう
えで長方形領域７６に写像すると、（ｃ）に示すように
孤立障害物を圧縮消去できる。
に格子分割を施し、孤立障害物７５を一点に収約したう
えで長方形領域７６に写像すると、（ｃ）に示すように
孤立障害物を圧縮消去できる。
つぎに与えられた地図が複数の部屋からなる場合につい
て述べる。第９図Ｃａ） は与えられた地図で、境界８
０．孤立障害物８１〜８４．起点８５、終点８６からな
る。このときは、操作者がドアなどをサブゴールとして
指定し、部屋ごとに分割して経路生成を行なうようにす
ればよい。たとえば第９図（ｂ）は、与えられた地図を
、３個の領域９１〜９３に分割した場合を示す。領域９
１に対しては起点８５とサブゴール８７が指定され、本
発明の方法を用いて移動経路を生成する。
て述べる。第９図Ｃａ） は与えられた地図で、境界８
０．孤立障害物８１〜８４．起点８５、終点８６からな
る。このときは、操作者がドアなどをサブゴールとして
指定し、部屋ごとに分割して経路生成を行なうようにす
ればよい。たとえば第９図（ｂ）は、与えられた地図を
、３個の領域９１〜９３に分割した場合を示す。領域９
１に対しては起点８５とサブゴール８７が指定され、本
発明の方法を用いて移動経路を生成する。
領域９２．９３についても同様である。最後にこれらの
経路をつなぎあわせれば、起点８５から終点８６に至る
経路となる。
経路をつなぎあわせれば、起点８５から終点８６に至る
経路となる。
最後に本発明をロボットアームの誘導制御に用いた例を
示す。第１０図は３個の動作自由度をもつロボットアー
ムの動作環境を模式的に示したものである。このロボッ
トアームは台座１０１．第１アーム１０２．第２アーム
１０３．第３アーム１０４とハンド１０５の要素から成
る。台座１０１と第１アーム１０２は鉛直な回転軸をも
つ第１関節１０６で接続されている。第１アーム１０２
と第２アーム１０３は水平各回転軸をもつ第２関節１０
７で接続されている。第２アーム１０３と第３アーム１
０４は同じく水平な回転軸をもつ第３関Ｂ１０８で接続
されている。ロボットアームの近傍には障害物１０９が
あり、これに接触・衝突する二となくロボットアームを
動作させる必要がある。移動ロボットの場合は、障害物
に対して移動する点が衝突しないような経路を探せばよ
いが、ロボットアームではアームの先端だけでなく、ア
ームのすべての部分が障害物に衝突しないようにする必
要がある。そこで一般には、関節の回転角度をパラメー
タにとった形状空間上で衝突チエツクする。
示す。第１０図は３個の動作自由度をもつロボットアー
ムの動作環境を模式的に示したものである。このロボッ
トアームは台座１０１．第１アーム１０２．第２アーム
１０３．第３アーム１０４とハンド１０５の要素から成
る。台座１０１と第１アーム１０２は鉛直な回転軸をも
つ第１関節１０６で接続されている。第１アーム１０２
と第２アーム１０３は水平各回転軸をもつ第２関節１０
７で接続されている。第２アーム１０３と第３アーム１
０４は同じく水平な回転軸をもつ第３関Ｂ１０８で接続
されている。ロボットアームの近傍には障害物１０９が
あり、これに接触・衝突する二となくロボットアームを
動作させる必要がある。移動ロボットの場合は、障害物
に対して移動する点が衝突しないような経路を探せばよ
いが、ロボットアームではアームの先端だけでなく、ア
ームのすべての部分が障害物に衝突しないようにする必
要がある。そこで一般には、関節の回転角度をパラメー
タにとった形状空間上で衝突チエツクする。
たとえば、第２アーム１０３および第３アーム１０４が
水平面となす角度をそれぞれθ□、θ２とし、θ１と０
２をパラメータとしてロボットアームの姿勢を形状空間
１１０として示したものが第１１図である。形状空間１
１０がこのロボットアームの取り得る姿勢を示す。この
中でハツチングを施した領域１１１ａ〜１１１ｃは、θ
１と０２を変化させたときにロボットアームが障害物１
０９と接触・衝突する部分である。ロボットアームを初
期姿勢から最終姿勢まで変化させるとき、これらに対応
して形状空間１１０内に初期姿勢点１１２と最終姿勢点
１１３を求めることができる。以上の手続きにより、ロ
ボットアームを障害物に接触・衝突することなく初期姿
勢から最終姿勢まで変化させる問題は、形状空間１１０
上でハンチングを施した領域１１１ａ〜１ｌｌｃを通る
ことなく初期姿勢点１１２から最終姿勢点１１３に至る
経路を求める問題に帰着できる。以後は移動ロボットの
場合と同様の手順により、経路を得ることができる。
水平面となす角度をそれぞれθ□、θ２とし、θ１と０
２をパラメータとしてロボットアームの姿勢を形状空間
１１０として示したものが第１１図である。形状空間１
１０がこのロボットアームの取り得る姿勢を示す。この
中でハツチングを施した領域１１１ａ〜１１１ｃは、θ
１と０２を変化させたときにロボットアームが障害物１
０９と接触・衝突する部分である。ロボットアームを初
期姿勢から最終姿勢まで変化させるとき、これらに対応
して形状空間１１０内に初期姿勢点１１２と最終姿勢点
１１３を求めることができる。以上の手続きにより、ロ
ボットアームを障害物に接触・衝突することなく初期姿
勢から最終姿勢まで変化させる問題は、形状空間１１０
上でハンチングを施した領域１１１ａ〜１ｌｌｃを通る
ことなく初期姿勢点１１２から最終姿勢点１１３に至る
経路を求める問題に帰着できる。以後は移動ロボットの
場合と同様の手順により、経路を得ることができる。
以上の説明においては、地図情報は、移動体又は機構と
したが、地図情報は回路パターンを形成する時のもので
も同様である。
したが、地図情報は回路パターンを形成する時のもので
も同様である。
これまで述べた方法では写像時に地図の距離情報が失わ
れるため、得られる経路は必ずしも最短距離・最短所要
時間とはならない。そこで写像時に地図の距離情報を反
映させることにより、最短距離の経路を得ることができ
る。同様に距離情報に代えて時間距離情報を反映させる
ことにより。
れるため、得られる経路は必ずしも最短距離・最短所要
時間とはならない。そこで写像時に地図の距離情報を反
映させることにより、最短距離の経路を得ることができ
る。同様に距離情報に代えて時間距離情報を反映させる
ことにより。
最短所要時間の経路を得ることができる。
本発明の経路生成方法は、移動経路を決める際に分岐探
索を全くおこなわず、所要時間は問題の複雑さの２乗に
比例して増加する。これに対し、従来の分岐探索の所要
時間は、問題の複雑さに対して指数的に増加する。した
がって本発明によれば、経路生成に要する時間を大幅に
短縮することができる。とくに問題が複雑になるほど時
間短縮効果が大きくなる。
索を全くおこなわず、所要時間は問題の複雑さの２乗に
比例して増加する。これに対し、従来の分岐探索の所要
時間は、問題の複雑さに対して指数的に増加する。した
がって本発明によれば、経路生成に要する時間を大幅に
短縮することができる。とくに問題が複雑になるほど時
間短縮効果が大きくなる。
また本方法では、障害物と干渉せずに終点に至る解が必
ず一意に決まり、従来の探索のように解に至らず停留す
ることがない。
ず一意に決まり、従来の探索のように解に至らず停留す
ることがない。
第１図は本発明を適用した移動ロボットのシステム構成
図、第２図は手順を示す流れ図、第３図は経路を生成す
る過程を示す原理図、第４図、第５図は格子生成の別の
方法を示す原理図、第６図〜第８図は地図中から孤立障
害物を除去する原理図、第９図は本発明の別の実施例の
原理図、第１０図は本発明をマニピュレータの誘導制御
に用いた例を示す図、第１１図はマニピュレータに応用
した時の地図を示す図である。 １３．３７，４３，７６・・・長方形領域、１５．３９
・・・目標経路、３１，５５，５９，６０，６３，６４
゜６５．７３．８０・・・境界、３２ ＋ ３ Ｄ Ｉ
５７ ＋ ７１ ＋８５・・・起点、３３，３６．５
８，７２．８６・・・終点、３８・・・経路、４１・・
・地図、４５．５１・・・境界線、５６，６１，７４ｔ
７５，８１〜８４・・・孤立第 ２ 図 第 図 第 ４ 図 第 図 （ｂ） （ｂ） 第 図 ３ ３７５ （ｂ） ６ （Ｃ） 第 図 第 ア 図 （ａ） （ａ） （ｂ） 第 図 （ａ） （ｂ）
図、第２図は手順を示す流れ図、第３図は経路を生成す
る過程を示す原理図、第４図、第５図は格子生成の別の
方法を示す原理図、第６図〜第８図は地図中から孤立障
害物を除去する原理図、第９図は本発明の別の実施例の
原理図、第１０図は本発明をマニピュレータの誘導制御
に用いた例を示す図、第１１図はマニピュレータに応用
した時の地図を示す図である。 １３．３７，４３，７６・・・長方形領域、１５．３９
・・・目標経路、３１，５５，５９，６０，６３，６４
゜６５．７３．８０・・・境界、３２ ＋ ３ Ｄ Ｉ
５７ ＋ ７１ ＋８５・・・起点、３３，３６．５
８，７２．８６・・・終点、３８・・・経路、４１・・
・地図、４５．５１・・・境界線、５６，６１，７４ｔ
７５，８１〜８４・・・孤立第 ２ 図 第 図 第 ４ 図 第 図 （ｂ） （ｂ） 第 図 ３ ３７５ （ｂ） ６ （Ｃ） 第 図 第 ア 図 （ａ） （ａ） （ｂ） 第 図 （ａ） （ｂ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、物体が移動する領域の境界と障害物の位置との情報
を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上の起点及び
物体が移動の目標とする地図上の終点が与えられた場合
に、 前記地図を障害物のない領域に写像し、写像領域内で起
点から終点に至る経路を決め、その後、前記経路を元の
地図に逆写像することによつて移動経路を得る経路生成
方法。 ２、物体が移動する領域の境界と障害物の位置との情報
を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上の起点及び
物体が移動の目標とする地図上の終点が与えられた場合
に、 前記地図を外側に凸状の境界からなる領域に写像し、写
像領域内で起点から終点に至る経路を決め、その後、前
記経路を元の地図に逆写像することによつて移動経路を
得る経路生成方法。 ３、物体が移動する領域の境界と障害物の位置との情報
を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上の起点及び
物体が移動の目標とする地図上の終点が与えられた場合
に、 前記地図を内側に凸状の境界を持たない領域に写像し、
写像領域内で起点から終点に至る経路を決め、その後、
前記経路を元の地図に逆写像することによつて移動経路
を得る経路生成方法。 ４、物体が移動する領域の境界と障害物の位置との情報
を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上の起点及び
物体が移動の目標とする地図上の終点が与えられた場合
に、 前記地図を障害物のなく、内側に凸状の境界を持たない
領域に写像し、写像領域内で起点から終点に至る経路を
決め、その後、前記経路を元の地図に逆写像することに
よつて移動経路を得る経路生成方法。 ５、物体が移動する領域の境界と障害物の位置との情報
を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上の起点及び
物体が移動の目標とする地図上の終点が与えられた場合
に、 前記地図を障害物のない領域に写像し、写像領域内で起
点から終点に至る経路を決め、その後、前記経路を元の
地図に逆写像することによつて連続した移動経路を得る
経路生成方法。 ６、前記地図が２次元である場合に、写像領域を長方形
としたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５項
の経路生成方法。 ７、前記地図が３次元である場合に、写像領域を長方体
としたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５項
の経路生成方法。 ８、写像領域内で起点と終点を直線で結ぶことによつて
経路を作成することを特徴とする請求項１、２、３、４
又は５項の経路生成方法。 ９、写像領域内で起点と終点を直線で結ぶ場合に、写像
時の距離情報を用いることを特徴とする請求項１、２、
３、４又は５項の経路生成方法。 １０、領域の境界と障害物の位置との情報を含んだ地図
、経路を作成すべき地図上の起点及び終点が与えられた
場合に、 前記地図を障害物のない領域に写像し、写像領域内で起
点から終点に至る経路を決め、その後、前記経路を元の
地図に逆写像することによつて経路を得る経路生成方法
。 １１、領域の境界と障害物の位置との情報を含んだ地図
、経路を作成すべき地図上の起点及び終点が与えられた
場合に、 前記地図を外側に凸状の境界からなる領域に写像し、写
像領域内で起点から終点に至る経路を決め、その後、前
記経路を元の地図に逆写像することによつて移動経路を
得る経路生成方法。 １２、前記地図上は回路パターンであることを特徴とす
る請求項１０、１１項の経路生成方法。 １３、物体が移動する領域の境界と障害物の位置との情
報を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上の起点及
び物体が移動の目標とする地図上を形成する手段と、前
記地図を障害物のない領域に写像する手段と、写像領域
内で起点から終点に至る経路を決める手段と、前記経路
を元の地図に逆写像する手段とを有する経路生成装置。 １４、物体が移動する領域の境界と障害物の位置との情
報を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上の起点及
び物体が移動の目標とする地図上を形成する手段と、前
記地図を障害物のない領域に写像する手段と、前記地図
を外側に凸状の境界からなる領域に写像する手段と、写
像領域内で起点から終点に至る経路を決める手段と、前
記経路を元の地図に逆写像する手段とを有する経路生成
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2028290A JP2907918B2 (ja) | 1990-02-09 | 1990-02-09 | 経路生成方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2028290A JP2907918B2 (ja) | 1990-02-09 | 1990-02-09 | 経路生成方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03233605A true JPH03233605A (ja) | 1991-10-17 |
| JP2907918B2 JP2907918B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=12244484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2028290A Expired - Fee Related JP2907918B2 (ja) | 1990-02-09 | 1990-02-09 | 経路生成方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2907918B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008097632A (ja) * | 1998-02-13 | 2008-04-24 | Komatsu Ltd | 車両の誘導装置 |
| JP2020501283A (ja) * | 2017-01-09 | 2020-01-16 | 広東宝楽機器人股▲ふん▼有限公司Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｂｏｎａ Ｒｏｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ | ロボットの移動制御方法及びロボット |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111759230A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-13 | 深圳拓邦股份有限公司 | 移动机器人的行走控制方法、装置、洗地机以及存储介质 |
-
1990
- 1990-02-09 JP JP2028290A patent/JP2907918B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008097632A (ja) * | 1998-02-13 | 2008-04-24 | Komatsu Ltd | 車両の誘導装置 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2907918B2 (ja) | 1999-06-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090402 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |