JPH04235606A - 自由空間接続判定装置および方法 - Google Patents
自由空間接続判定装置および方法Info
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- JPH04235606A JPH04235606A JP195691A JP195691A JPH04235606A JP H04235606 A JPH04235606 A JP H04235606A JP 195691 A JP195691 A JP 195691A JP 195691 A JP195691 A JP 195691A JP H04235606 A JPH04235606 A JP H04235606A
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 135
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 7
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 210000004460 N cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マニピュレ−タ等の移
動物体が周囲の障害物との干渉を回避して、任意位置か
ら任意位置まで移動することができる自由空間を算出す
るものであって、特に、自由空間である移動経路が存在
するかどうかを判定する自由空間接続判定装置および方
法に関する。
動物体が周囲の障害物との干渉を回避して、任意位置か
ら任意位置まで移動することができる自由空間を算出す
るものであって、特に、自由空間である移動経路が存在
するかどうかを判定する自由空間接続判定装置および方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、マニピュレータ等の移動物体
が障害物を回避して移動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−タの組によって張
られるＮ次元の姿勢空間（以下コンフィギュレ−ション
空間と呼ぶ）において、移動物体が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、コンフィギュレ−ション空間の一点が位置・姿勢を
一意に定めるパラメ−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
フィギュレ−ション空間内で、点が移動物体の初期位置
から最終位置まで障害物と干渉せず移動可能な領域（こ
の領域を自由空間と呼ぶ）を通って移動する経路を求め
ればよい。つまり、コンフィギュレ−ション空間を用い
ることで、複雑な形状をした移動物体の移動問題が、簡
単な点の移動問題に変換される。この性質を利用して、
コンフィギュレ−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。
が障害物を回避して移動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−タの組によって張
られるＮ次元の姿勢空間（以下コンフィギュレ−ション
空間と呼ぶ）において、移動物体が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、コンフィギュレ−ション空間の一点が位置・姿勢を
一意に定めるパラメ−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
フィギュレ−ション空間内で、点が移動物体の初期位置
から最終位置まで障害物と干渉せず移動可能な領域（こ
の領域を自由空間と呼ぶ）を通って移動する経路を求め
ればよい。つまり、コンフィギュレ−ション空間を用い
ることで、複雑な形状をした移動物体の移動問題が、簡
単な点の移動問題に変換される。この性質を利用して、
コンフィギュレ−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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べたようなコ
ンフィギュレ−ション空間において移動経路を探索する
方法では、コンフィギュレ−ション空間における移動可
能領域と移動不可能領域の状態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ュレ−ション
空間の情報量は著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実用的とならない。例
えば、情報量を圧縮する方法の１つとして、移動経路探
索に必要な自由空間を限定する方法が知られている（「
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）。このような
方法では、Ｎ次元空間であるコンフィギュレ−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、有限個
のセルに分割し、これらの集合としてコンフィギュレ−
ション空間を表現している。例えば、６個の関節を持つ
多関節型マニピュレ−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
ュレ−ション空間として考えることができる。この空間
を各軸を等間隔に量子化し、６次元配列状にセル分割し
、これらセルの集合としてコンフィギュレ−ション空間
を表現する方法が１つの例である。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。このときには、障害物と干渉しない移動経路は
、これらのセルの列、つまり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。
ンフィギュレ−ション空間において移動経路を探索する
方法では、コンフィギュレ−ション空間における移動可
能領域と移動不可能領域の状態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ュレ−ション
空間の情報量は著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実用的とならない。例
えば、情報量を圧縮する方法の１つとして、移動経路探
索に必要な自由空間を限定する方法が知られている（「
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）。このような
方法では、Ｎ次元空間であるコンフィギュレ−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、有限個
のセルに分割し、これらの集合としてコンフィギュレ−
ション空間を表現している。例えば、６個の関節を持つ
多関節型マニピュレ−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
ュレ−ション空間として考えることができる。この空間
を各軸を等間隔に量子化し、６次元配列状にセル分割し
、これらセルの集合としてコンフィギュレ−ション空間
を表現する方法が１つの例である。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。このときには、障害物と干渉しない移動経路は
、これらのセルの列、つまり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。
【０００４】しかし、このような方法では、指定された
初期姿勢と最終姿勢の間に移動経路が存在しない場合に
は、考えられる位置・姿勢をすべて算出しつくした後に
移動できないことが判明する。すなわち、自由空間をす
べて算出し埋めつくすまで探索を実行し続けるので、移
動経路が存在しないことが分かるまでに膨大な計算を必
要としていた。
初期姿勢と最終姿勢の間に移動経路が存在しない場合に
は、考えられる位置・姿勢をすべて算出しつくした後に
移動できないことが判明する。すなわち、自由空間をす
べて算出し埋めつくすまで探索を実行し続けるので、移
動経路が存在しないことが分かるまでに膨大な計算を必
要としていた。
【０００５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、コンフィギュレーション空間内で移動物体の初期
位置・姿勢と最終位置・姿勢の自由空間が接続されてい
るかどうか、すなわち移動経路が存在するかどうかをを
効率よく判定するための自由空間接続判定装置および方
法を提供することを目的とする。［発明の構成］
ので、コンフィギュレーション空間内で移動物体の初期
位置・姿勢と最終位置・姿勢の自由空間が接続されてい
るかどうか、すなわち移動経路が存在するかどうかをを
効率よく判定するための自由空間接続判定装置および方
法を提供することを目的とする。［発明の構成］
【００
０６】
０６】
【課題を解決するための手段】本発明は、移動物体の位
置・姿勢を一意に定めるパラメ−タによって張られるＮ
次元コンフィギュレーション空間内で、障害物と自由空
間との境界部分近傍の自由空間のセルのみを順次選択す
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もとづき自由空間に
位置するセルの情報を記憶する自由空間記憶手段とを備
え、障害物と自由空間との境界部分の自由空間のみを算
出することによって、移動経路の存在の有無を判定する
ような構成とした。
置・姿勢を一意に定めるパラメ−タによって張られるＮ
次元コンフィギュレーション空間内で、障害物と自由空
間との境界部分近傍の自由空間のセルのみを順次選択す
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もとづき自由空間に
位置するセルの情報を記憶する自由空間記憶手段とを備
え、障害物と自由空間との境界部分の自由空間のみを算
出することによって、移動経路の存在の有無を判定する
ような構成とした。
【０００７】また、コンフィギュレーション空間内にお
ける初期位置および最終位置を結ぶセル列について、前
記自由空間判断手段を起動し、これらセル列のなかで障
害物と隣接する自由空間のセルを選出する探索開始セル
選出手段を備え、前記セル選択手段は、探索開始セル選
出手段によって最初に発見された自由空間のセルから探
索を開始し、障害物と自由空間との境界部分の自由空間
のみを算出するような構成とした。
ける初期位置および最終位置を結ぶセル列について、前
記自由空間判断手段を起動し、これらセル列のなかで障
害物と隣接する自由空間のセルを選出する探索開始セル
選出手段を備え、前記セル選択手段は、探索開始セル選
出手段によって最初に発見された自由空間のセルから探
索を開始し、障害物と自由空間との境界部分の自由空間
のみを算出するような構成とした。
【０００８】さらに、前記探索開始セル選出手段により
選出された障害物と隣接する自由空間のセルと、前記セ
ル選択手段により選択されたセルとを比較し、さらに外
側の障害物と自由空間の境界面へ探索を進めることが可
能かどうかをチェックする探索領域変更チェック手段を
備え、順次、外側の障害物と自由空間の境界面へ探索領
域を変更するような構成とした。
選出された障害物と隣接する自由空間のセルと、前記セ
ル選択手段により選択されたセルとを比較し、さらに外
側の障害物と自由空間の境界面へ探索を進めることが可
能かどうかをチェックする探索領域変更チェック手段を
備え、順次、外側の障害物と自由空間の境界面へ探索領
域を変更するような構成とした。
【０００９】
【作用】上記構成において、探索開始セル選出手段は、
コンフィギュレーション空間内における第１の位置（初
期位置）および第２の位置（最終位置）を結ぶセル列に
ついて、自由空間判断手段を起動し、これらセル列のな
かで障害物と隣接する自由空間のセルを選出する。セル
選択手段は、探索開始セル選出手段によって最初に発見
された自由空間のセルから探索を開始し、障害物と自由
空間との境界部分近傍の自由空間のセルとなる可能性の
あるセルのみを順次選択する。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も
とづき自由空間に位置するセルの情報を記憶する。セル
選択手段がセルを選択する際には、探索領域変更チェッ
ク手段が前記探索開始セル選出手段により選出された障
害物と隣接する自由空間のセルと、前記セル選択手段に
より選択されたセルとを比較し、さらに外側の障害物と
自由空間の境界面へ探索を進めることが可能かどうかを
チェックし、常に最も外側の障害物と自由空間の境界面
において自由空間のセルが算出される。以上の手続きは
、初期位置と最終位置とが自由空間のセルにより接続さ
れるか、最も外側の障害物と自由空間の境界面において
自由空間のセルがすべて算出された時点で終了する。
コンフィギュレーション空間内における第１の位置（初
期位置）および第２の位置（最終位置）を結ぶセル列に
ついて、自由空間判断手段を起動し、これらセル列のな
かで障害物と隣接する自由空間のセルを選出する。セル
選択手段は、探索開始セル選出手段によって最初に発見
された自由空間のセルから探索を開始し、障害物と自由
空間との境界部分近傍の自由空間のセルとなる可能性の
あるセルのみを順次選択する。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も
とづき自由空間に位置するセルの情報を記憶する。セル
選択手段がセルを選択する際には、探索領域変更チェッ
ク手段が前記探索開始セル選出手段により選出された障
害物と隣接する自由空間のセルと、前記セル選択手段に
より選択されたセルとを比較し、さらに外側の障害物と
自由空間の境界面へ探索を進めることが可能かどうかを
チェックし、常に最も外側の障害物と自由空間の境界面
において自由空間のセルが算出される。以上の手続きは
、初期位置と最終位置とが自由空間のセルにより接続さ
れるか、最も外側の障害物と自由空間の境界面において
自由空間のセルがすべて算出された時点で終了する。
【００１０】これらの処理においては、自由空間の探索
は障害物と自由空間との境界部分近傍の自由空間のセル
となる可能性のあるセルのみを順次選択するため、自由
空間全てを算出することなく処理が完了し、扱う情報量
が極めて少なくて済む。
は障害物と自由空間との境界部分近傍の自由空間のセル
となる可能性のあるセルのみを順次選択するため、自由
空間全てを算出することなく処理が完了し、扱う情報量
が極めて少なくて済む。
【００１１】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面に基づ
きさらに詳しく説明する。
きさらに詳しく説明する。
【００１２】なお、本願発明を理解するにあたって、本
発明者が先に出願した次の特許出願を参照することがで
きる（特願昭６３−６９８３２号，特願昭６３−６９８
３３号，特願昭６３−１８０３０４号，特願平１−２５
２４１９号）。これらの出願に記載されている本願発明
の前提となる説明は、説明の都合上省略する。
発明者が先に出願した次の特許出願を参照することがで
きる（特願昭６３−６９８３２号，特願昭６３−６９８
３３号，特願昭６３−１８０３０４号，特願平１−２５
２４１９号）。これらの出願に記載されている本願発明
の前提となる説明は、説明の都合上省略する。
【００１３】図１は本発明の一実施例の機能構成を示す
ブロック図である。本実施例では、まず、移動物体や障
害物の形状情報等を予め記憶する形状記憶手段３４を有
する。形状記憶手段３４に格納される情報は、例えば既
存のＣＡＤソフトウエア７０などを利用して作成したも
のを、ファイルなどを介して転送したものである。さら
に、関節角などコンフィギュレーション空間を規定する
パラメータの値から、実際に移動物体が移動する２次元
乃至３次元空間における移動物体の位置・姿勢を算出す
る位置・姿勢算出手段３５と、その結果に基づき、形状
記憶手段３４に格納された形状情報を移動させ、さらに
その情報を利用して移動物体と障害物が干渉するか否か
を判断する干渉チェック手段３６とを備え、ある特定の
コンフィギュレーション空間を規定するパラメータの値
が、コンフィギュ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どうかを調べることができ
るような構成になっている。これら形状記憶手段３４、
位置・姿勢算出手段３５、干渉チェック手段３６は、さ
らに１つの機能ブロックとして、関節角などコンフィギ
ュレーション空間を規定するパラメータの値を用いて、
移動物体が障害物と干渉するかどうかを問合わせる上位
の機能ブロック３２として考えることができる。この機
能ブロック３２が本発明の（「特許請求の範囲」の欄に
記載した）自由空間判断手段３２である。
ブロック図である。本実施例では、まず、移動物体や障
害物の形状情報等を予め記憶する形状記憶手段３４を有
する。形状記憶手段３４に格納される情報は、例えば既
存のＣＡＤソフトウエア７０などを利用して作成したも
のを、ファイルなどを介して転送したものである。さら
に、関節角などコンフィギュレーション空間を規定する
パラメータの値から、実際に移動物体が移動する２次元
乃至３次元空間における移動物体の位置・姿勢を算出す
る位置・姿勢算出手段３５と、その結果に基づき、形状
記憶手段３４に格納された形状情報を移動させ、さらに
その情報を利用して移動物体と障害物が干渉するか否か
を判断する干渉チェック手段３６とを備え、ある特定の
コンフィギュレーション空間を規定するパラメータの値
が、コンフィギュ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どうかを調べることができ
るような構成になっている。これら形状記憶手段３４、
位置・姿勢算出手段３５、干渉チェック手段３６は、さ
らに１つの機能ブロックとして、関節角などコンフィギ
ュレーション空間を規定するパラメータの値を用いて、
移動物体が障害物と干渉するかどうかを問合わせる上位
の機能ブロック３２として考えることができる。この機
能ブロック３２が本発明の（「特許請求の範囲」の欄に
記載した）自由空間判断手段３２である。
【００１４】一方、コンフィギュレーション空間は配列
状にセル分割され、その情報が自由空間記憶手段３３に
記憶・管理される。キーボード、マウス等などの移動物
体の位置・姿勢入力手段８０により、移動物体の初期位
置・姿勢と最終位置・姿勢が入力されると、探索開始セ
ル選出手段３７により、上記初期位置・姿勢と最終位置
・姿勢を結ぶセルであって、障害物と隣接する自由空間
のセルが選出される。セル選択手段３１は、探索開始セ
ル選出手段３７によって最初に発見された自由空間のセ
ルから探索を開始し、障害物と自由空間との境界部分近
傍の自由空間の候補セルのみを順次選択する。選択され
たセルについては、自由空間記憶手段３３に記憶・管理
されている情報を参照したり、前記干渉チェック手段３
６を起動して自由空間であるかどうかを調べ、処理を続
ける。
状にセル分割され、その情報が自由空間記憶手段３３に
記憶・管理される。キーボード、マウス等などの移動物
体の位置・姿勢入力手段８０により、移動物体の初期位
置・姿勢と最終位置・姿勢が入力されると、探索開始セ
ル選出手段３７により、上記初期位置・姿勢と最終位置
・姿勢を結ぶセルであって、障害物と隣接する自由空間
のセルが選出される。セル選択手段３１は、探索開始セ
ル選出手段３７によって最初に発見された自由空間のセ
ルから探索を開始し、障害物と自由空間との境界部分近
傍の自由空間の候補セルのみを順次選択する。選択され
たセルについては、自由空間記憶手段３３に記憶・管理
されている情報を参照したり、前記干渉チェック手段３
６を起動して自由空間であるかどうかを調べ、処理を続
ける。
【００１５】探索領域変更チェック手段３８は、セル選
択手段３１がセルを選択する際に、探索開始セル選出手
段３７により選出された障害物と隣接する自由空間のセ
ルと、前記セル選択手段３１により選択されたセルとを
比較し、さらに外側の障害物と自由空間の境界面へ探索
を進めることが可能かどうかをチェックし、常に最も外
側の障害物と自由空間の境界面において自由空間のセル
が算出される。
択手段３１がセルを選択する際に、探索開始セル選出手
段３７により選出された障害物と隣接する自由空間のセ
ルと、前記セル選択手段３１により選択されたセルとを
比較し、さらに外側の障害物と自由空間の境界面へ探索
を進めることが可能かどうかをチェックし、常に最も外
側の障害物と自由空間の境界面において自由空間のセル
が算出される。
【００１６】これら、セル選択手段３１、位置・姿勢算
出手段３５、干渉チェック手段３６、探索開始セル選出
手段３７、探索領域変更チェック手段３８、等は、主に
コンピュータやパソコン等のソフトウェアとして構築さ
れ、また、自由空間記憶手段３３、形状記憶手段３４等
は、コンピュータやパソコン内外のメモリ等として構築
される。
出手段３５、干渉チェック手段３６、探索開始セル選出
手段３７、探索領域変更チェック手段３８、等は、主に
コンピュータやパソコン等のソフトウェアとして構築さ
れ、また、自由空間記憶手段３３、形状記憶手段３４等
は、コンピュータやパソコン内外のメモリ等として構築
される。
【００１７】上記自由空間の探索を実行するにしたがっ
て、異なる境界面であるとして探索を行っていたセル群
が、互いに連結して同一の境界面であることが判明する
ことがある。セル選択手段３１は、セル選択の際に境界
面がぶつかったどうかの判定も実行し、必要ならばデ−
タの書き替えを行って２つの境界面の接合処理をする。
て、異なる境界面であるとして探索を行っていたセル群
が、互いに連結して同一の境界面であることが判明する
ことがある。セル選択手段３１は、セル選択の際に境界
面がぶつかったどうかの判定も実行し、必要ならばデ−
タの書き替えを行って２つの境界面の接合処理をする。
【００１８】最も外側の障害物と自由空間の境界面にお
いて自由空間のセルがすべて算出されるか、あるいは初
期位置・姿勢と最終位置・姿勢を結ぶ移動経路が発見さ
れると探索処理が終了する。以上の処理の流れをフロー
チャートとしてまとめたのが図２である。
いて自由空間のセルがすべて算出されるか、あるいは初
期位置・姿勢と最終位置・姿勢を結ぶ移動経路が発見さ
れると探索処理が終了する。以上の処理の流れをフロー
チャートとしてまとめたのが図２である。
【００１９】以下では、本発明の自由空間接続判断装置
を用いてマニピュレータ等の移動経路が存在するか否か
を求める処理の過程の実行結果を、順次ディスプレイ上
に表示したものを図３乃至図８に示して、図２のフロー
チャートを参照しながら実際の処理結果の説明を行う。
を用いてマニピュレータ等の移動経路が存在するか否か
を求める処理の過程の実行結果を、順次ディスプレイ上
に表示したものを図３乃至図８に示して、図２のフロー
チャートを参照しながら実際の処理結果の説明を行う。
【００２０】なお、これらの説明は、説明を簡単にする
ために、２つの自由度を持つ移動物体に関する２次元コ
ンフィギュレーション空間の例で説明するが、本発明は
２次元コンフィギュレーション空間に適用する場合に限
定されるわけではない。図３乃至図８では、黒の正方形
部分が自由空間ではないセル、白の正方形部分が自由空
間のセルである。
ために、２つの自由度を持つ移動物体に関する２次元コ
ンフィギュレーション空間の例で説明するが、本発明は
２次元コンフィギュレーション空間に適用する場合に限
定されるわけではない。図３乃至図８では、黒の正方形
部分が自由空間ではないセル、白の正方形部分が自由空
間のセルである。
【００２１】すなわち、まず、外部のＣＡＤソフトウェ
ア７０等から移動物体である例えば、マニピュレータや
周囲の障害物の形状位置などが形状記憶手段３４へ転送
されて記憶されている初期状態で、キーボード、マウス
等の位置・姿勢入力手段８０から移動物体の初期位置・
姿勢と最終位置・姿勢を入力する（Ｓ１）。
ア７０等から移動物体である例えば、マニピュレータや
周囲の障害物の形状位置などが形状記憶手段３４へ転送
されて記憶されている初期状態で、キーボード、マウス
等の位置・姿勢入力手段８０から移動物体の初期位置・
姿勢と最終位置・姿勢を入力する（Ｓ１）。
【００２２】次に、探索開始セル選択手段３７を起動し
、これにより自由空間判断手段３２を起動して、図３に
示すように、初期位置・姿勢１０１と最終位置・姿勢１
０２を結ぶ直線状の移動経路（直線状移動経路内に障害
物が存在する場合には障害物を含む）を定める。そして
、この直線状移動経路に沿って、障害物（黒の正方形部
分）に隣接する（両隣りの）自由空間のセル（白の正方
形部分）１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１
０８、１０９、１１０が、探索開始セル選出手段３７に
よって選出される（Ｓ２）。
、これにより自由空間判断手段３２を起動して、図３に
示すように、初期位置・姿勢１０１と最終位置・姿勢１
０２を結ぶ直線状の移動経路（直線状移動経路内に障害
物が存在する場合には障害物を含む）を定める。そして
、この直線状移動経路に沿って、障害物（黒の正方形部
分）に隣接する（両隣りの）自由空間のセル（白の正方
形部分）１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１
０８、１０９、１１０が、探索開始セル選出手段３７に
よって選出される（Ｓ２）。
【００２３】次に、直線状移動経路内で初期位置・姿勢
１０１から見て最も近い障害物に隣接し、かつ、初期位
置・姿勢１０１から見て最も近い自由空間のセル１０３
から自由空間と障害物の境界面に沿ってセルが算出され
る（Ｓ７）。
１０１から見て最も近い障害物に隣接し、かつ、初期位
置・姿勢１０１から見て最も近い自由空間のセル１０３
から自由空間と障害物の境界面に沿ってセルが算出され
る（Ｓ７）。
【００２４】この自由空間と障害物の境界面に沿ってセ
ルを算出するステップ（Ｓ７）、そして、ステップＳ７
で算出されたセルが自由空間のセルであるか否かの干渉
チェックがＳ８でなされる。そして、このＳ８ステップ
の干渉チェック結果は、自由空間記憶手段３３に記憶す
る。これら、自由空間と障害物の境界面に沿ってセルを
算出するステップ（Ｓ７）以降（Ｓ８、Ｓ９）は、以下
の４つの判断ステップ（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）を全
て満足するまで繰り返される。
ルを算出するステップ（Ｓ７）、そして、ステップＳ７
で算出されたセルが自由空間のセルであるか否かの干渉
チェックがＳ８でなされる。そして、このＳ８ステップ
の干渉チェック結果は、自由空間記憶手段３３に記憶す
る。これら、自由空間と障害物の境界面に沿ってセルを
算出するステップ（Ｓ７）以降（Ｓ８、Ｓ９）は、以下
の４つの判断ステップ（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）を全
て満足するまで繰り返される。
【００２５】すなわち、初期位置・姿勢１０１と最終位
置・姿勢１０２との間に移動経路が存在するか否かの判
断（Ｓ３）を行い、未だ移動経路が存在しない場合は、
次のＳ４ステップに移行し、移動経路が存在する場合は
、自由空間の算出処理が終了したものとして全ての処理
を完了する。Ｓ４ステップでは、最も外側の境界面につ
いて自由空間のセルを全て算出した場合に、自由空間の
算出処理が終了したものとして全ての処理を完了するが
、算出し終えていない場合には次のＳ５ステップへ移行
する。次のＳ５ステップでは、さらに外側の境界面へ探
索を進めることができる場合には、探索する境界面の変
更を行い（Ｓ１０）、ステップＳ３へ戻る。一方、Ｓ５
ステップで外側の境界面へ探索を進めることができなけ
れば、次のＳ６ステップへ進む。Ｓ６ステップでは、異
なる境界面が探索を進める過程でお互いに接続した場合
には、Ｓ１１ステップで境界面の接合処理を行う。一方
、Ｓ６ステップで異なる境界面同士が接続するまでは、
前述のＳ６、Ｓ７、Ｓ８ステップへ移行する。
置・姿勢１０２との間に移動経路が存在するか否かの判
断（Ｓ３）を行い、未だ移動経路が存在しない場合は、
次のＳ４ステップに移行し、移動経路が存在する場合は
、自由空間の算出処理が終了したものとして全ての処理
を完了する。Ｓ４ステップでは、最も外側の境界面につ
いて自由空間のセルを全て算出した場合に、自由空間の
算出処理が終了したものとして全ての処理を完了するが
、算出し終えていない場合には次のＳ５ステップへ移行
する。次のＳ５ステップでは、さらに外側の境界面へ探
索を進めることができる場合には、探索する境界面の変
更を行い（Ｓ１０）、ステップＳ３へ戻る。一方、Ｓ５
ステップで外側の境界面へ探索を進めることができなけ
れば、次のＳ６ステップへ進む。Ｓ６ステップでは、異
なる境界面が探索を進める過程でお互いに接続した場合
には、Ｓ１１ステップで境界面の接合処理を行う。一方
、Ｓ６ステップで異なる境界面同士が接続するまでは、
前述のＳ６、Ｓ７、Ｓ８ステップへ移行する。
【００２６】すなわち、ステップＳ２で障害物に隣接す
る自由空間のセルを算出した後は、ステップＳ７以降で
自由空間と障害物の境界面に沿って自由空間のセルを算
出し続け、初期位置・姿勢のセル１０１と最終位置・姿
勢のセル１０２とが自由空間で接続されて、移動経路が
存在するか（Ｓ３）または、最も外側の境界面について
自由空間のセルを全て算出しつくして（Ｓ４）移動経路
が存在しないことが判明するまで続けられる。
る自由空間のセルを算出した後は、ステップＳ７以降で
自由空間と障害物の境界面に沿って自由空間のセルを算
出し続け、初期位置・姿勢のセル１０１と最終位置・姿
勢のセル１０２とが自由空間で接続されて、移動経路が
存在するか（Ｓ３）または、最も外側の境界面について
自由空間のセルを全て算出しつくして（Ｓ４）移動経路
が存在しないことが判明するまで続けられる。
【００２７】なお、図４は、直線状移動経路内で初期位
置・姿勢１０１から見て最も近い障害物に隣接し、かつ
、初期位置・姿勢１０１から見て最も近い自由空間のセ
ル１０３から自由空間と障害物の境界面にそって自由空
間のセルを算出している途中の状態を示している（Ｓ７
、Ｓ８、Ｓ９）。
置・姿勢１０１から見て最も近い障害物に隣接し、かつ
、初期位置・姿勢１０１から見て最も近い自由空間のセ
ル１０３から自由空間と障害物の境界面にそって自由空
間のセルを算出している途中の状態を示している（Ｓ７
、Ｓ８、Ｓ９）。
【００２８】図５は、算出した自由空間のセルが、探索
開始セル選出手段３７によって選出された境界面のセル
１０４に到達し、さらに外側の境界面に探索面を変更で
きることが分かった（Ｓ５）状態である。探索領域変更
チェック手段３８は、この状態を検出し、探索をセル１
０５から行うように変更して、探索を行う境界面を変更
する（Ｓ１０）。図６は、探索領域変更チェック手段３
８によってさらに探索を行う境界面を変更（Ｓ１０）し
、３番目の境界面を探索している状態を示している。
開始セル選出手段３７によって選出された境界面のセル
１０４に到達し、さらに外側の境界面に探索面を変更で
きることが分かった（Ｓ５）状態である。探索領域変更
チェック手段３８は、この状態を検出し、探索をセル１
０５から行うように変更して、探索を行う境界面を変更
する（Ｓ１０）。図６は、探索領域変更チェック手段３
８によってさらに探索を行う境界面を変更（Ｓ１０）し
、３番目の境界面を探索している状態を示している。
【００２９】図７は、探索の結果、第１番目の境界面と
第３番目の境界面の自由空間のセルが連結し、これら２
つの境界面を１つの境界面として接合処理（Ｓ１１）を
実行し、境界面の属性デ−タの更新を行った状態を示す
図である。図８は、最も外側の境界面の自由空間のセル
をすべて算出し（Ｓ４）、処理が終了した状態を示して
いる。
第３番目の境界面の自由空間のセルが連結し、これら２
つの境界面を１つの境界面として接合処理（Ｓ１１）を
実行し、境界面の属性デ−タの更新を行った状態を示す
図である。図８は、最も外側の境界面の自由空間のセル
をすべて算出し（Ｓ４）、処理が終了した状態を示して
いる。
【００３０】このように、上記実施例では、初期位置・
姿勢１０１を含む自由空間すべてを算出することなく、
自由空間と障害物との境界面近傍のみのセルを効率よく
探索し、初期位置・姿勢１０１と最終位置・姿勢１０２
の間に移動経路が存在しないことを確認することができ
ている。
姿勢１０１を含む自由空間すべてを算出することなく、
自由空間と障害物との境界面近傍のみのセルを効率よく
探索し、初期位置・姿勢１０１と最終位置・姿勢１０２
の間に移動経路が存在しないことを確認することができ
ている。
【００３１】なお、上記実施例において、直線状移動経
路内で初期位置・姿勢１０１から見て最も近い障害物に
隣接し、かつ、初期位置・姿勢１０１から見て最も近い
自由空間のセル１０３から自由空間と障害物の境界面に
沿ってセルが算出されるステップＳ７で、どのように自
由空間と障害物の境界面に沿って効率的にセルを算出し
ていくかの原理について簡単に説明しておく。
路内で初期位置・姿勢１０１から見て最も近い障害物に
隣接し、かつ、初期位置・姿勢１０１から見て最も近い
自由空間のセル１０３から自由空間と障害物の境界面に
沿ってセルが算出されるステップＳ７で、どのように自
由空間と障害物の境界面に沿って効率的にセルを算出し
ていくかの原理について簡単に説明しておく。
【００３２】図９にその算出過程を示す。図９（ａ）乃
至（ｃ）は、図３および図４の直線状移動経路内で初期
位置・姿勢１０１から見て最も近い障害物に隣接する自
由空間のセル１０３と障害物１２０の部分を拡大して示
すものである。
至（ｃ）は、図３および図４の直線状移動経路内で初期
位置・姿勢１０１から見て最も近い障害物に隣接する自
由空間のセル１０３と障害物１２０の部分を拡大して示
すものである。
【００３３】まず、図９（ｂ）に示すように自由空間の
セル１０３を中心に周囲４つのセルを選出する。この場
合４つ選出されたセルのうち、１つは、障害物であるセ
ル１２０であり、他の３つのセルは、１０３ａ、１０３
ｂ、１０３ｃのセルである。これらの３つのセル１０３
ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、干渉チェック手段３６によ
り自由空間のセルであることがチェックされ、さらに、
自由空間の選出を進めていく次の過程での中心となるセ
ルである。
セル１０３を中心に周囲４つのセルを選出する。この場
合４つ選出されたセルのうち、１つは、障害物であるセ
ル１２０であり、他の３つのセルは、１０３ａ、１０３
ｂ、１０３ｃのセルである。これらの３つのセル１０３
ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、干渉チェック手段３６によ
り自由空間のセルであることがチェックされ、さらに、
自由空間の選出を進めていく次の過程での中心となるセ
ルである。
【００３４】次のステップでは、これら選出された３つ
の自由空間のセル１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの各々
を中心としてさらにセルの選出を行うわけであるが、以
下の条件により選出を実行する。すなわち、最初に選ば
れている自由空間のセル１０３に対して障害物のセル１
２０がどの方向に位置しているかを記憶（この実施例の
場合図９（ｂ）に示した矢印ｘ方向）しておき、新たに
選出された３つの自由空間のセル１０３ａ、１０３ｂ、
１０３ｃの各々を中心として上記ｘ方向のセルを算出す
る。すなわち、図９（ｃ）に示すようにセル１０３ａに
対してはセル１２０ａが選出され、セル１０３ｂに対し
てはセル１２０ｂが選出され、セル１０３ｃに対しては
セル１０３が選出される。ここでセル１０３ｃに対して
選出されたセル１０３は、すでに選出済で自由空間であ
ることが判明しているので、このセル１０３を除いたセ
ル１２０ａ、１２０ｂが干渉チェック手段３６によりチ
ェックされる。このチェックの結果セル１２０ａ、１２
０ｂは障害物であることが判明したものである。以上の
ようなセルの選出、干渉チェックを繰り返しながら、自
由空間と障害物の境界面に沿って効率的にセルを算出し
ていくわけである。
の自由空間のセル１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの各々
を中心としてさらにセルの選出を行うわけであるが、以
下の条件により選出を実行する。すなわち、最初に選ば
れている自由空間のセル１０３に対して障害物のセル１
２０がどの方向に位置しているかを記憶（この実施例の
場合図９（ｂ）に示した矢印ｘ方向）しておき、新たに
選出された３つの自由空間のセル１０３ａ、１０３ｂ、
１０３ｃの各々を中心として上記ｘ方向のセルを算出す
る。すなわち、図９（ｃ）に示すようにセル１０３ａに
対してはセル１２０ａが選出され、セル１０３ｂに対し
てはセル１２０ｂが選出され、セル１０３ｃに対しては
セル１０３が選出される。ここでセル１０３ｃに対して
選出されたセル１０３は、すでに選出済で自由空間であ
ることが判明しているので、このセル１０３を除いたセ
ル１２０ａ、１２０ｂが干渉チェック手段３６によりチ
ェックされる。このチェックの結果セル１２０ａ、１２
０ｂは障害物であることが判明したものである。以上の
ようなセルの選出、干渉チェックを繰り返しながら、自
由空間と障害物の境界面に沿って効率的にセルを算出し
ていくわけである。
【００３５】以上、本発明の自由空間接続判定装置およ
び方法の一実施例について説明してきたが、本発明はこ
の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形して実施することができる。 また、適応範囲もマニピュレータの移動経路を算出する
ものを一例として述べたが、他にも移動物体の移動経路
を求めるものには何にでも適応できる。また、移動物体
でなくとも、例えば原子力発電プラント等の配管を障害
物を避けて自動的にルーティングするものやＬＳＩ配線
の接続等にも適応できる。
び方法の一実施例について説明してきたが、本発明はこ
の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形して実施することができる。 また、適応範囲もマニピュレータの移動経路を算出する
ものを一例として述べたが、他にも移動物体の移動経路
を求めるものには何にでも適応できる。また、移動物体
でなくとも、例えば原子力発電プラント等の配管を障害
物を避けて自動的にルーティングするものやＬＳＩ配線
の接続等にも適応できる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
指定された第１の位置（初期位置・姿勢）と第２の位置
（最終位置・姿勢）の間に経路が存在するか否かを、自
由空間すべてを算出することなく効率よくチェックする
ことの出来る、経路探索のための自由空間接続判定装置
および方法を提供可能である。
指定された第１の位置（初期位置・姿勢）と第２の位置
（最終位置・姿勢）の間に経路が存在するか否かを、自
由空間すべてを算出することなく効率よくチェックする
ことの出来る、経路探索のための自由空間接続判定装置
および方法を提供可能である。
【図１】 本発明の全体構成を示す機能ブロック図。
【図２】 自由空間の接続判定の処理手順を示すフロ
ーチャート。
ーチャート。
【図３】 ２次元コンフィギュレ−ション空間の例に
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
【図４】 ２次元コンフィギュレ−ション空間の例に
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
【図５】 ２次元コンフィギュレ−ション空間の例に
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
【図６】 ２次元コンフィギュレ−ション空間の例に
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
【図７】 ２次元コンフィギュレ−ション空間の例に
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の途中の状態を示す図。
【図８】 ２次元コンフィギュレ−ション空間の例に
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の最終状態を示す図。
おいて本発明によって、自由空間の接続判定を行った場
合の最終状態を示す図。
【図９】 本発明によって、自由空間のセルを算出し
ていく原理を説明する説明図。
ていく原理を説明する説明図。
３１ セル選択手段
３２ 自由空間判断手段
３３ 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 干渉チェック手段
３７ 探索開始セル選出手段
３８ 探索領域変更チェック手段
７０ ＣＡＤソフトウェア
８０ 位置・姿勢入力手段
Claims (4)
- 【請求項１】移動物体の位置・姿勢を一意に定めるパラ
メ−タによって張られるＮ次元の姿勢空間をセルに分割
し、これらのセルが、前記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、前記姿勢空間の少
なくとも一部分について記述し、前記移動物体が障害物
と干渉しない自由空間において、前記移動物体が障害物
と干渉しない移動経路が存在するか否かを判定する自由
空間接続判定装置であって、前記姿勢空間内で障害物と
自由空間との境界部分近傍の自由空間のセルのみ探索の
ための候補として順次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前記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
手段の判断にもとづき自由空間に位置するセルの情報を
記憶する自由空間記憶手段とを備え、障害物と自由空間
との境界部分近傍の自由空間のみを算出することによっ
て、前記移動物体の移動経路の存在の有無を判定するこ
とを特徴とする自由空間接続判定装置。 - 【請求項２】前記姿勢空間内における前記移動物体の初
期位置および最終位置を直線的に結ぶ前記セル列につい
て前記自由空間判断手段を起動し、これらセル列のなか
で障害物と隣接する自由空間のセルを選出する探索開始
セル選出手段を備え、前記セル選択手段は、探索開始セ
ル選出手段によって最初に発見された自由空間のセルか
ら探索を開始し、障害物と自由空間との境界部分近傍の
自由空間のみを算出することを特徴とする自由空間接続
判定装置。 - 【請求項３】前記探索開始セル選出手段により選出され
た障害物と隣接する自由空間のセルと、前記セル選択手
段により選択されたセルとを比較し、さらに外側の障害
物と自由空間の境界面へ探索を進めることが可能かどう
かをチェックする探索領域変更チェック手段を備え、順
次、外側の障害物と自由空間の境界面へ探索領域を変更
することを特徴とする自由空間接続判定装置。 - 【請求項４】移動物体の位置・姿勢を一意に定めるパラ
メ−タによって張られるＮ次元の姿勢空間をセルに分割
し、これらのセルが、前記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、前記姿勢空間の少
なくとも一部分について記述し、前記移動物体が障害物
と干渉しない自由空間において、前記移動物体が障害物
と干渉しない移動経路が存在するか否かを判定する自由
空間接続判定方法であって、前記姿勢空間内で障害物と
自由空間との境界部分近傍の自由空間のセルのみ探索の
ための候補として順次選択し、これにより選択された前
記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し、この判断にもと
づき自由空間に位置するセルの情報を記憶し、障害物と
自由空間との境界部分近傍の自由空間のみを算出するこ
とによって、前記移動物体の移動経路の存在の有無を判
定することを特徴とする自由空間接続判定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP195691A JPH04235606A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 自由空間接続判定装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP195691A JPH04235606A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 自由空間接続判定装置および方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04235606A true JPH04235606A (ja) | 1992-08-24 |
Family
ID=11516051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP195691A Pending JPH04235606A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 自由空間接続判定装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04235606A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996003078A1 (en) * | 1994-07-26 | 1996-02-08 | Lunar Corporation | Radiographic gantry with software collision avoidance |
| JPH1097316A (ja) * | 1996-08-06 | 1998-04-14 | Trw Inc | 多数の移動物体を伴うシステムの移動計画及び制御方法 |
| JP2012056063A (ja) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 円滑経路生成装置および円滑経路生成方法 |
-
1991
- 1991-01-11 JP JP195691A patent/JPH04235606A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996003078A1 (en) * | 1994-07-26 | 1996-02-08 | Lunar Corporation | Radiographic gantry with software collision avoidance |
| JPH1097316A (ja) * | 1996-08-06 | 1998-04-14 | Trw Inc | 多数の移動物体を伴うシステムの移動計画及び制御方法 |
| JP2012056063A (ja) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 円滑経路生成装置および円滑経路生成方法 |
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