JPH04167104A - ロボットの作業計画装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は対象物体の把握、移動等の作業計画を行うロボ
ットの作業計画装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、対象物体の初期状態と組立後等の目標状態か
ら、この対象物体の把握、移動、載置（ビックアンドプ
レース）を行うロボットの行動計画を自動的に決定する
ロボットの作業計画装置が知られている。

ここで、ロボットの作業計画の１つとして対象物体の把
握計画がある。この把握計画において、把握姿勢へのア
プローチや把握後における動作のし易さを考慮すると、
周囲の障害物からできるだけ離れた広い空間の存在する
方向から対象物を把握するのが良いと考えられる。

そこで、本発明者等は、把握位置近傍の空間記述を利用
し、ピックアンドプレース作業において、ピック時及び
プレース時共に広い空間の方向から対象物体を掴むこと
ができる把握計画法について提案した（第５回日本ロボ
ット学会学術講演会昭和６２年１１月）。

この例においては、対象物体の初期状態と目標状態にお
ける対象物体近傍の空間記述を行う。この空間記述は、
対象物体の近傍空間を把握位置を中心とする五角錐（空
間錐）に分割し、周囲の物体と全ての空間錐との干渉を
調べることにより行う。すなわち、空間錐の頂点（把握
位置）から周囲の物体と最初に交わるまでの部分の長さ
がロボットの把握部（ハンド）が存在できかつ接近動作
が行える距離以上のもの、すなわち開放空間錐を求める
。

次に、この開放空間錐を初期状態及び目標状態の両方に
おいて求め、両者に共通する空間錐、すなわち共通開放
空間錐を求める。そして、共通開放空間錐の分布状況を
調べるため、全ての共通開放空間錐について距離変換を
行う。この距離変換は、各共通開放空間錐に対して共通
開放空間錐とならなかった空間錐からの最短距離を求め
ることにより行い、この距離変換値か大きい開放空間錐
の方向が物体の占有しない空間の広さか広いことを示し
ている。

そこで、平行２指による物体の安定把握を考慮して物体
中の平行な２面の中央にできる把握中央面と共通開放空
間錐が交わるものの中で距離変換値が大きなものを選択
することにより、把握姿勢を決定している。

上述の従来例によれば、周囲障害物からできるだけ離れ
た広い空間の存在する方向から対象物を把握することが
でき、最も問題発生の少ないピックアンドプレース作業
の作業計画を決定することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の作業計画の決定方法においては、対象物
の把握姿勢を選択する際に、対象物体とロボットのハン
ドとの関係を把握中央面のみしか考慮していない。そこ
で、上述のような把握姿勢を決定した後、ロボットのハ
ンドと対象物体の載置位置、形状を考慮して実際に把握
か可能かどうかの判定をしていた。このため、対象物と
ハンドとの干渉を避ける方法がトライアンドエラーとな
り、計画の決定が非効率的になってしまうという問題点
があった。

また、作業計画の中には、初期状態から目標状態に直接
移行することができず対象物体を一旦載置し、持ち替え
てから目標状態に移行しなければならない場合もある。

従来の方法では、この場合に対象物体の状態の全ての組
み合せで共通開放空間錐を作成しなければならず、効率
が悪いという問題点があった。

本発明は上記問題点を解決することを課題としてなされ
たものであり、実際把握が可能な把握姿勢を効率的に選
択できるロボットの作業計画装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るロボットの作業計画装置は、対象物の形状
とロボットの対象物把握部の形状及び移動方向とに基づ
いて対象物の所定の把握位置についてその位置で対象物
を把握できる姿勢である把握姿勢候補を算出する把握姿
勢候補算出手段と、対象物の近傍空間を把握位置を頂点
とする所定の大きさの空間錐に分割するとともにこの空
間錐の中から周囲物体との干渉がない開放空間錐を選択
する開放空間錐選択手段と、得られた開放空間錐のそれ
ぞれについて周囲物体からの距離を求める距離変換手段
と、距離変換手段で得られた各開放空間錐における距離
と把握姿勢候補算出手段によって得られた把握姿勢候補
の両方に基づいて把握姿勢を決定する把握姿勢決定手段
と、を有することを特徴とする。

［作用］ 本発明に係るロボットの作業計画装置は、上述のような
構成を有しており、把握姿勢候補を予め求めている。そ
して、開放空間錐の中から把握姿勢候補に合致するもの
のみを選択する。このため、選択された空間錐は、必ず
把握可能なものとなり、効率的な把握方向の選択を行う
ことができる。また、２つの状態の開放空間錐から共通
開放空間錐を求めることなしに、把握姿勢候補に合致す
る開放空間錐のみからピックアンドプレース把握姿勢を
決定するため、ピックアンドプレース作業計画を効率的
に行うことが可能となる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明す
る。

第１図は、本実施例に係る作業計画装置の全体構成を示
すブロック図である。

対象物体の形状、初期状態及び目標状態の位置、姿勢、
周囲障害物の状態等の条件が、環境の三次元モデル１に
記載されている。そして、この環境の三次元モデル１の
データを利用し、各種の演算を行い作業計画を作成する
わけであるが、本実施例においては対象物体の形状より
把握可能な姿勢を求める把握姿勢候補算出手段２、対象
物体をテーブル上に安定に載置可能な状態を求める安定
姿勢算出手段３、対象物体の回転対称性を算出する回転
対称性算出手段４、把握位置近傍の測地ドームを作成す
る把握位置近傍空間記述作成手段５、及びこの測地ドー
ムより距離変換等の解析を行う把握位置近傍空間記述解
析手段６、持ち替えが必要な場合に持ち替え場所をテー
ブル上の広い空間に決定する持ち替え場所決定手段７を
有している。

そして、これらの解析によって得られたデータが環境の
三次元モデル１にフィードバックされ、これによって作
業計画のためのデータが作成される。

環境三次元モデル１には、作業計画作成手段８が接続さ
れており、この作業計画作成手段８によって、初期状態
から目標状態への作業計画を作成する。

また、この作業計画作成手段８は、その内部に状態遷移
判別手段９を有しており、この状態遷移判別手段９が個
々の状態毎の遷移についての判別を行う。

ここで、第２図に本実施例に係るロボットの作業計画装
置の動作の全体フローチャートを示す。

このように、まず初期状態、目標状態、周辺環境等のデ
ータから環境の３次元モデル１を作成する（Ｓｌ）。次
に、この３次元モデル１中の対象物体の形状から把握候
補姿勢算出手段２による把握候補姿勢算出（Ｓ２）、安
定姿勢算出手段３による安定姿勢算出（Ｓ３）、回転対
称性算出手段４による回転対称性算出（Ｓ４）を行い、
この結果を３次元モデル１に記述する。。

次に、作業計画作成手段８が３次元モデル１のデータを
利用して作業計画を作成する（Ｓ５）が、このとき、状
態遷移判別手段９が把握位置近傍空間記述作成手段５を
起動し、判別のためのデータを３次元モデル１に記述す
る。そして、状態遷移を判別しながら初期状態から目標
状態に至る作業計画の解を探索によって求める（Ｓ８）
。また、作業計画において持ち替えが必要な場合には、
持ち替え場所決定手段７により持ち替え位置を決定する
（Ｓ６）。

以下に、各ステップの内容について、順に説明する。

把握姿勢候補算出 把握姿勢候補算出手段２における動作について、第３図
に基づいて説明する。例えば、第３図（Ａ）に示すよう
なＬ字形の物体の把握姿勢候補について考える。

まず、把握位置を決定するが、把握位置はいくつでも設
定することができるため、物体の周囲辺よりの距離や、
把握位置同士の間隔を所定値に予め設定することにより
決定する。この例においては第３図（Ａ）に示すように
４点（図においてＸ印によって示す）が決定されている
。

次に、この把握位置を中心としてロボットのハンドによ
る把握が可能な方向を直線によって表現する。すなわち
、上述の４つの把握位置に対し、第３図（Ｂ）〜（Ｅ）
の把握姿勢候補が算出されることとなる。この例では、
把握姿勢の候補は、全部で１３８個となっている。

なお、直線同士の間隔は予め定めた間隔としている。−
このように、把握姿勢候補をハンドの形状、対象物体の
形状などから求めることができる。

安定姿勢算出 対象物体の持ち替えを行う場合には、対象物を水平なテ
ーブル上に一装置かなければならない。

そこで、この持ち替えのために安定に置くことのできる
安定姿勢を安定姿勢算出手段３によって求める。

まず、凹部を生じることなく対象物体を包む５包を考え
、この５包の各面に物体の中心から下した垂線を考える
。そして、この垂線の足が５包の面内にあれば、その面
とテーブル面が接した状態で安定に置くことができる。

例えば、第３図に示したＬ字形の物体であれば、第４図
（Ａ）〜（Ｆ）に示したような６つの安定姿勢が求めら
れる。そして、これら求められた安定姿勢に通し番号を
付与する。

回転対称性算出 ここで、対象物体が、回転対称形状を持つ場合、この回
転対称性を認識していないモデルでは、同一の把握姿勢
であっても別のものとして扱ってしまう。

すなわち、対象物体を認識する場合、通常Ｘ。

Ｙ、　　Ｚの３次元座標で認識する。そこで、第５図（
Ａ）〜（Ｃ）の３つの状態において、矢印で示した軸を
特定の軸（例えばＸ軸）とすれば、この３つの状態は全
て異なったものとして認識されることになる。

このように、対象物体の対称性を考慮しない場合には、
認識システムの物体座標軸の取り方によって、同一の状
態であっても異なる状態として認識されてしまう。この
ため、第６図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実質的には
同一の把握姿勢であっても、異なるものとして認識され
る。従って、ビック時の座標軸の取り方とプレース時の
座標軸の取り方によって、実質的には可能な把握計画が
不可能なものと判断されてしまう場合がある。

また、第５図（Ａ）、　　（Ｂ）、（Ｃ）の様に実質的
に同一の安定姿勢を異なるものとして認識しているため
、安定姿勢の数が多くなり作業計画における経路の数が
多くなり不要な探索を行うことになってしまう。

本実施例においては、物体の回転対称性を導き出し、把
握姿勢間にその関係を記述する。そして、この記述によ
り各把握姿勢間の同一性を判断するため、回転対称性の
ある対象物体の持ち替え計画も可能になる。また、安定
姿勢の回転対称性による同一性を判断するため、無駄な
探索を省略することができる。

回転対称性算出アルゴリズム この回転対称性の記述についての具体的なアルゴリズム
を次に示す。

（１）対象物体のある１つの面について、対象物体の重
心を中心として回転する変換を行い、対象物体の面（自
分自身である面も含む）に重なるような変換を求める。

すなわち、初期チエツクとして、次の４点のチエツクを
行う。

（ａ）面積が同じ。

（ｂ）周囲長が同じ。

（ｃ）対象物体の重心から面の重心までの距離が同じ。

（ｄ）対象物の重心から面の重心に向うベクトルと面の
法線ベクトルがなす角が同じ。

そして、この（ａ）〜（Ｃ）を満足するものについて、
次のようにして面が重なる変換を求める。

対象物の重心から面の重心に向うベクトルと面の法線ベ
クトルが成す角がＯ″以外場合には、対象物の重心を中
心とした回転変換で面か重なる可能性がある変換は一意
にただ１つだけである。

そこで、この回転変換によって重なる面を求め、対称変
換を求める。

一方、対象物の重心から面の重心に向かうベクトルと面
の法線ベクトルがなす角が０＠の場合には、対象物の重
心から面の重心に向うベクトルを軸とした回転の自由度
が残る。このため、面のエツジの長さと角度により面が
重なるかどうかを調べこの軸を中心とした回転による重
なる変換を求める。

（２）（１）で求めた変換が実際に対称変換かどうかを
調べる。すなわち、対象物の全ての頂点にその変換を施
し、それらが全て変換前の対象物の頂点に重なるかを調
べ、対称変換かどうかのチエツクを行う。そして、重な
った変換のリストを返す。

（３）（２）で求めたリストの中で重複する変換を削除
する。

このようにして、回転対称性による同一性を持つ姿勢に
ついて記述することかできる。

従って、各状態間の判定において、これらを同一のもの
として取り扱うことができ、把握計画を適正なものとす
ることができる。

把握位置近傍空間記述作成 作業環境下において、広い空間から対象物体を把握する
姿勢を決定するために、対象物体近傍の空間記述を把握
位置近傍空間記述作成手段５により作成するとともに、
作成された空間記述について把握位置近傍空間記述解析
手段６によって解析し、これを環境の３次元モデル１に
記述する。まず、把握位置を頂点とする五角錐（空間錐
）に空間を分割した測地ドームを作成する。この測地ド
ームは、第７図に示すように、レベルによってその空間
錐の数が相違し、レベル０て２０面、レベル１で８０面
、レベル２で３２０面、レベル３て１２８０面となって
いる。

そして、このようにして作成された測地ドームについて
、空間錐の頂点（把握位置）から周囲物体との干渉する
までの距離が一定以上の空間錐（開放空間錐）を求める
。すなわち、１つの把握位置に対し作成された測地ドー
ムについて周囲の物体と干渉しないものだけを選択する
。第３図（Ａ）に示した状態についてこの処理を行うと
、第８図（Ａ）のような空間錐が開放空間錐として選択
される。

次に、測地ドームの表面において、各開放空間錐につい
て距離変換を行い、開放空間錐の分布状況を調べる。す
なわち、上述の第８図（Ａ）に示された開放空間錐につ
いて非開放空間錐（第８図（Ａ）にない空間錐）に隣接
する周辺の空間錐を距離１とする。そして、この距離１
の空間錐に隣接する空間錐を距離２とする。このように
して全ての開放空間錐についてその最短距離を求める。

これによって全ての開放空間錐から近傍の非開放空間錐
までの最短距離（距離変換値）か求まる。

この距離変換値は、測地ドームの中心からみた空間の広
さに関する指標となる。すなわち、この距離変換値に最
も大きい開放空間錐が、局所的に最も広い空間の存在す
る方向の中心となる。そこで、この距離変換値の大きな
開放空間錐を選択することて、１つの状態において最適
な把握方向を決定することができる。この例では、第８
図（Ｂ）に示す１６の開放空間錐が距離変換値の最も大
きなものとして選択できる。

状態遷移判定 次に、状態遷移判別手段９において、対象物体をある状
態から別の状態に遷移（ビックアンドプレース）できる
かどうかを判定する。

すなわち、状態遷移判別手段９がある状態の対象物体を
別の状態に遷移しようとする時に、対象物の２つの状態
において同じ場所を掴むことができる把握姿勢があるか
どうかを判定する。同じ場所を掴むことができる把握姿
勢が存在すれば、遷移可能であり、存在しない場合には
遷移不可能となる。

ここで、この判定について具体的に説明する。

まず、各状態において把握できる可能性の高い把握姿勢
候補を求める。すなわち、把握近傍空間記述解析手段６
において得られた開放空間錐についての距離変換値と、
把握姿勢候補算出手段２によって算出された把握候補の
両方を合わせ、各把握姿勢候補に対応する距離変換値を
記述する。これによって、把握可能性の高い把握姿勢に
ついてのみ距離変換値が記載されることになる。

このとき、対称性がある物体の場合には、上述のように
対称性による把握姿勢の同一性を認識しているため、こ
れを考慮した把握姿勢を求めることができる。

そして、この把握可能性の高い把握姿勢についての距離
変換値の記述を対象となる２つの状態の両方について行
い、これを比較する。

すなわち、２つの状態の間で、両方とも距離変換値が与
えられた把握姿勢が、遷移可能性の高いものなのであり
、これについてすべて求める。

ここで、求める把握姿勢は、ピック時及びプレース時の
両方ともより変換値か大きいものである。

そこで、共通する各把握可能姿勢について２つの状態に
おける距離変換値のうち、小さいものを選択し、この選
択されたものか大きい順に並べる。

そして、この順に、マニピュレータの動作範囲チエツク
及び干渉チエツクを行い、問題のないものを選択する。

これによって、１つの状態から次の状態への遷移におけ
る把握姿勢が決定される。そして、この決定された把握
姿勢は実際に把握が可能であり、最も広い空間からのも
のとなっている。

このように、１つの状態から、他の１つの状態への遷移
について、把握姿勢を決定することかできる。

しかし、初期状態から目標状態へ直接遷移できない場合
には、持ち替えを行わなければならない。

そこで、持ち替えを考慮した状態遷移系列の作成を行う
。

なお、ロボットの動作経路については、公知の障害物回
避動作計画などを適用する。

状態遷移経路計画 本実施例においては、状態遷移系列の作成の過程で行う
把握計画と持ち替え場所の計画を分離して行う。すなわ
ち、状態遷移系列作成の過程において、持ち替え時の対
象物体の状態を安定姿勢のみで表す。従って、対象物体
の状態空間は、初期状態、目標状態及び複数の安定状態
のみから構成されることになる。

このとき、上述の回転対称性も考慮するため、対称性を
持つ物体についての状態空間か小さくなり、無駄な探索
を省略することかできる。

上述のＬ字型の対称物体の場合、これについての状態空
間は第４図に示すように８個の状態のみとなる。

そして、このような状態空間内を初期状態からビックア
ンドプレース作業を繰返し、目標状態に至るまでの状態
遷移系列を求めるが、この場合に、すべての組み合わせ
についての状態遷移の評価を行うのではなく、この探索
を状態空間探索法のＡ＊アルゴリズを基本とした方法に
よって行う。

探索アルゴリズム この探索アルゴリズムについてグラフ記号によって説明
する。

このグラフは節点の集合から成り立っている。

そして、各節点間は方向付けられた枝によって接続され
ているとする。そして、枝か節点ｎから節点ｍに方向付
けられている場合には、節点ｍは節点ｎの継続節点であ
るという。また、節点ｎは節点ｍの親節点という。

そして、グラフを用いて状態空間を表示する場合には、
グラフの節点には状態記述が記入され、枝にはビックア
ンドプレース作用素が付記される。

作用素を節点ｎに作用させてその継続節点を求めること
を節点ｎを拡張するという。

上述のような状態空間を利用した持ち替えの問題におけ
る探索では、節点の拡張によって目標状態と持ち替えの
ための安定姿勢の状態が継続節点となる可能性がある。

そして、可能性の高い継続節点から１つずつ作り、後の
継続節点を作る可能性を探索の後方に任せる。すなわち
、一番最初には、状態遷移判別手段９によってゴール節
点（目標状態）へ遷移しようと試みる。

以後は、安定姿勢の番号順に拡張を１つすつ試み、コス
トの最も小さな経路を選択していく。なお、各接点には
次に拡張する状態を決定するため継続節点へ拡張を試み
た回数として拡張回数を定義しておく。

ここで、Ａ＊アルゴリズムを実現するためには、任意の
状態においてそれまで掛ったコスト値ｇ１そこから目標
状態に係る最小コストの予測値ｈ、それらの和であるコ
ストの評価値ｆ−ｇ十りを定義し、そこからの目標状態
に至る実際の最短経路のコストをｈ　とすると、ｈｏ≧
ｈが成り立つことか必要である。

ここにおいては、ピックアンドプレース作業の回数をコ
スト値とする。従って、ｈは、ゴール節点へ拡張する可
能性かある場合は１、既にゴール節点への拡張を試みて
失敗した節点の場合は２となる。これによって上述のｈ
ｏ≧ｈの条件が成り立つため、Ａ＊アルゴリズムによっ
て常に最短距離の経路を導き出せる二とか理解される。

また、全ての節点はゴール節点と隣接している可能性か
あるため、ｆか同しである節点か複数個ある場合にはゴ
ール節点が継続節点となる可能性のあるもの、すなわち
ｈが１の節点を優先的に拡張する。さらに、ｆもｇも同
じ節点が数個存在する場合には、今まで拡張を試みてい
ない持ち替え姿勢か解となる経路上に存在する可能性か
大きいと思われ、拡張回数の大きいものを優先的に拡張
するようにしている。

次に、具体的な手順について説明する。

（１）スタート節点を０ＰＥＮとよばれるリストに入れ
る。

（２）ＯＰＥＮが空なら失敗で終了する。一方、０ＰＥ
Ｎが空でなければ次に進む。

（３）ＯＰ、ＥＮからｆが１番手さいものを取り出す。

これが複数あった場合には、その中でｈか１のものを取
り出す。このｈが１のものも複数あった場合には、その
中から拡張回数が１番大きいものを取り出す（１つの節
点の拡張の順番は、予め決っているため今まで拡張され
ていない持ち替え姿勢への拡張となる）。

ここで選択された節点をｎと呼ぶ。

（４）ｎがゴール節点ならば、ポインタを辿り、解とな
った経路を導き成功で終了する。ゴール節点でない場合
には次に進む。

（５）拡張回数によって継続節点を作り拡張を試みる。

この時、値継続節点の拡張回数を０とする。

ｎの拡張回数が０なら、ゴール節点への拡張を試み、そ
れ以外の場合には拡張回数に等しい安定姿勢への拡張を
試みる。節点ｎの拡張回数を１つ増やす。節点ｎの拡張
回数が安定姿勢の数＋１になれば、安定姿勢の全てへの
拡張が終ったことを意味しているため、０ＰＥＮから取
り出し、ＣＬＯＳＥＤとよばれるリストに入れる。また
、拡張かできなかった場合には、上述の（２）に戻る。

（７）継続節点か既に０ＰＥＮあるいはＣＬＯＳＥＤ上
になければ、０ＰＥＮに入れ、継続節点からｎに戻るポ
インタをつける。

（８）継続節点か既に０ＰＥＮ上にあれば、５・ＰｆＩ
Ｉｌｉ値ｆを比較し、小さい方の節点を０ＰＥＮ上に残
す。

（９）継続節点が、既にＣＬＯＳＥＤ上にあれば、評価
値ｆを比較し、新な継続節点の方か小さければそれをＣ
ＬＯＳＥＤから取り出し、新たな継続節点を０ＰＥＮに
入れる。

（１０）（２）へ戻る。

ここで、ある節点におけるｇの値は、ポインタを辿って
今までに辿った節点の数から求まる。また、ｆの値は、
その節点の拡張回数か０てあれば次の拡張でゴール節点
へ遷移する可能性があるため１であり、拡張回数が１以
上なら一度安定姿勢を経てからゴール節点を目指すこと
になるため２となる。

このようにして評価値ｆの小さいものを選択しながら遷
移する状態を選択して状態遷移系列を決定する。このた
め、ゴールへ辿りついた時に、最短経路であることが保
証される。

状態遷移系列を求めた後、持ち替え場所決定手段７によ
って持ち替え場所の選定を行う。

持ち替え場所は、水平なテーブル平面上のロボット作業
範囲内で二次元空間を解析して広い空間から順に持ち替
え場所の候補とする。

これについて第９図に基づいて説明する。第９図（Ａ）
は、解析する２次元空間の例である。テーブル上でロボ
ットかあらゆる把握姿勢を取ることかできる範囲をドツ
トで示す。

そして、この中で障害物が存在しない空間を選択すると
、第９図（Ｂ）に示すような空間（ドツト）が選択され
る。次に、このようにして求められたドツトについて周
辺より距離変換を行い、距離変換値が最も大きいドツト
を選択する。これは、この距離変換値が大きいというこ
とが、周囲に最も広い空間があることを意味しているか
らである。

そこで、第９図（Ｃ）示すように２つのドツトが選択さ
れ、この点が持ち替えのために適した場所となる。

次に、持ち替え場所算出の具体的アルゴリズムについて
説明する。

（１）テーブル上で作業スペースを小さな正方形（ここ
では１．５ｃｍ）に分割し、把握対象物以外の物体が存
在する正方形領域（障害物空間）と、存在しない正方形
領域（自由空間）に分ける。

（２）角度θの刻みとして適当な自然数Ｎを与える。

（３）テーブル上で自由空間にある正方形について、障
害物空間からの距離変換を行い、これらの正方形の中心
位置（ｘ、　ｙ）を距離変換値の大きい順に並べたりス
トＬを作成する。

（４）リストＬが空なら失敗で終了する。一方、リスト
Ｌが空でなかった場合には、最初の要素をリストＬから
取り出し、Ｘ、Ｙに代入する。またθは初期値としてＯ
にセットしておく。

（５）θ−θ＋３６０／Ｎとして、θを更新する。

（６）把握対象物を持ち替えのための安定姿勢でその場
所Ｘ、　Ｙにθの角度で置き、既に決定しているピック
時の把握姿勢とプレース時の把握姿勢の両方が実現可能
かを調べる。

（７）実現可能であった場合は処理を終了する。

（８）実現か不可能であった場合にはθが３６０°を越
えたか否かを判定する。θか３６０°以下であった場合
には、（５）に戻り、θを更新してもう一度調べる。一
方、３６０°を越えていた場合には、（４）に戻りリス
トＬから次の要素を取り出す。

このようにして、持ち替え場所の決定が行われる。

持ち替え作業計画の例 第１０図（Ａ）のＬ字形の物体を第１０図（Ｆ）のよう
に穴に挿入する作業の持ち替え動作計画を本発明の手法
により行った。ここで、対象となるＬ字形の物体の把握
姿勢の候補は第３図に示しである。把握姿勢の候補は全
部で１３８個である。

本発明の装置によって作成された計画によれば、第１０
図（Ａ）〜第１０図（Ｆ）の状態へ遷移するが、第１０
図（Ａ）の対象物は障害物の近くにあるため把握できる
姿勢が限定される。上述の把握姿勢の決定方法によって
把握姿勢が１つに限定される。次に、状態遷移経路経路
に従い第１０図（Ｂ）の状態へ移る。この持ち替え場所
の選択は上述のように障害物の影響の最も少ない場所に
設定されている。そして、状態遷移経路によって決定さ
れた経路に従い対象物体を持ち替えて（第１０図（Ｃ）
）　、第１０図（Ｄ）に示すように第４図の安定姿勢（
Ｂ）に変更される。そして、この状態から第１０図（Ｅ
）の持ち替えを行い、第１０図（Ｆ）の目標状態に遷移
する。

このように、本例では、２回持ち替えを行わなければ作
業を実行できない例であり、持ち替え用の安定状態とし
て、第４図（Ｇ）と（Ｂ）の状態が選択されている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係るロボットの作業計画
装置によれば、距離変換手段で得られた各開放空間錐に
おける距離と把握姿勢候補算出手段によって得られた把
握候補の両方に基づいて把握姿勢を決定するため、効率
的な把握姿勢の決定を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボットの作業計画装置の実施例
を示すブロック図、 第２図は実施例の動作を説明するための全体フローチャ
ート、 第３図は把握姿勢候補を示す説明図、 第４図は安定姿勢を示す説明図、 第５図は対象物の回転対称性を示す説明図、第６図は回
転対称性のある物体を把握する場合の説明図、 第７図は測地ドームを示す説明図、 第８図は把握位置近傍空間記述を示す説明図、第９図は
持ち替え場所選択を説明するための説明図、 第１０図は作業計画例を示す説明図である。 １　・・・　環境の三次元モデル ２　・・・　把握姿勢候補算出手段 ３　・・・　安定姿勢算出手段 ４　・・・　回転対称性算出手段 ５　・・・　把握位置近傍空間記述作成手段６　・・　
把握位置近傍空間記述解析手段７　・・・　持ち替え場
所決定手段 ８　・・　作業計画作成手段 ９　・・・　状態遷移判別手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 把握対象物の初期状態と、周囲物体の状態とを含む３次
   元環境モデルから、ロボットによる対象物の把握作業の
   計画を行うロボットの作業計画装置において、 対象物の形状と、ロボットの対象物把握部の形状に基づ
   いて、対象物の所定の把握位置についてその位置で対象
   物を把握できる姿勢である把握姿勢候補を算出する把握
   姿勢候補算出手段と、対象物の近傍空間を把握位置を頂
   点とする所定の大きさの空間錐に分割するとともに、こ
   の空間錐の中から周囲物体との干渉がない開放空間錐を
   選択する開放空間錐選択手段と、 得られた開放空間錐のそれぞれについて周囲物体からの
   距離を求める距離変換手段と、 距離変換手段で得られた各開放空間錐における距離と、
   把握姿勢候補算出手段によって得られた把握姿勢候補の
   両方に基づいて、把握姿勢を決定する把握姿勢決定手段
   と、 を有することを特徴とするロボットの作業計画装置。