JPH04280304A - マニュピレータ経路探索方式 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマニュピレータ経路探索
方式に係り、詳しくは、マニュピレータが作業空間内の
物体と干渉しない経路を求めるために使用する関節角度
空間の生成のための計算時間の削減法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マニュピレータの経路探索方式に、マニ
ュピレータの関節角度空間（この空間の各軸は、マニュ
ピレータの各関節に対応しており、空間内ではマニュピ
レータとその作業空間中にある物体とが干渉している領
域とそうでない領域が区別されている）を生成し、この
関節角度空間上で、マニュピレータが作業空間内の物体
と干渉しない動作経路を求める方式がある。

【０００３】従来、このマニュピレータの動作経路を求
めるために使用する関節角度空間は、計算機上にマニュ
ピレータのモデルと物体のモデルを構築し、そこで計算
によって、マニュピレータと作業空間中の物体との干渉
判定を逐一求めることにより生成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、関節
角度空間の生成に時間がかかり、特にマニュピレータの
関節の数が増加すると、関節角度空間生成のための計算
量が膨大となり、処理時間が非常に増大する問題があっ
た。この解決策として、経路探索に必要な部分のみの関
節角度空間を求める手法がとられることがあるが、この
場合の処理時間は経路探索ステップ数に依存しているた
め、経路探索の難易度によって大きく異なる問題がある
。

【０００５】本発明の目的は、関節角度空間を使用した
マニュピレータ経路探索方式において、関節角度空間生
成のための処理時間（計算時間）を削減することにある
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、マニュピレータの作業空間上のマニュピ
レータ自体が占有する領域と、その時のマニュピレータ
の関節角度とを対応付けたテーブルを備え、該テーブル
を索引することにより、マニュピレータの作業空間中に
ある物体が占有する領域に対応するマニュピレータの関
節角度を読み出して関節角度空間を生成するようにした
ことである。

【０００７】さらに、本発明は、マニュピレータの作業
空間中にある物体が移動した場合、当該物体に関する部
分についてのみ関節角度空間を求め直すようしたことで
ある。

【０００８】

【作用】関節角度空間の各軸は、マニュピレータの各関
節に対応している。この空間上に、テーブルから読み出
された関節角度をプロットしていけば、その領域が、マ
ニュピレータと作業空間中にある物体とが干渉している
領域である。このように、本発明ではテーブルを索引す
るだけで、マニュピレータと作業空間内の物体とが干渉
しているかどうか判定できるため、関節角度空間生成の
ための計算時間が削減される。

【０００９】さらに、本発明では、前の動作のために生
成した関節角度空間を利用し、作業環境の変化した部分
についてのみ変更して、新たな動作に対する関節角度空
間を生成する。これは、マニュピレータの連続動作を行
う場合に効率がよい。

【００１０】以下、本発明の一実施例について図面によ
り説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例の機能ブロック図
を示す。姿勢情報対応データ分メモリ１０は、マニュピ
レータの作業空間上のマニュピレータ自体が占有する領
域と、その時の関節角度を対応付けしたテーブル（以後
、このテーブルを姿勢情報対応データと呼ぶ）を格納し
ている。関節角度空間生成部３０は、姿勢情報対応デー
タ用メモリ１０を参照することによって、初期作業環境
の関節角度空間（この空間の各軸は、マニュピレータの
各関節に対応しており、空間内ではマニュピレータと作
業空間中にある物体とが干渉している領域と、そうでな
い領域が区別される）を生成し、関節角度空間用メモリ
２０に格納する。関節角度空間更新部４０は、作業環境
が変化した場合、関節角度空間用メモリ２０に格納され
ている関節角度空間の中の該作業環境が変化した部分に
ついて、姿勢情報対応データ用メモリ１０を参照して更
新する。経路探索部５０は、関節角度空間用メモリ２０
の関節角度空間を利用し、マニュピレータの動作経路を
求めてマニュピレータ６０に与える。構成としては、他
にこれら各部の動作を制御するための制御部があるが、
図１では省略されている。また、関節角度空間生成部３
０と関節角度空間更新部４０は一緒にしてもよい。

【００１２】図２は本実施例の動作を説明するための処
理フローチャートを示したものである。ステップ１０１
では、関節角度空間生成部３０が姿勢情報対応データメ
モリ３０を索引して初期作業環境の関節角度空間を生成
し、関節角度空間用メモリ２０に格納する。ステップ１
０２では、経路探索部５０が関節角度空間用メモリ２０
の関節角度空間上にマニピュレータの初期姿勢と目標姿
勢の位置を設定し、その間の経路（マニピュレータが作
業空間内の物体と干渉しない経路）を求める。ステップ
１０３では、経路探索部５０で求まった経路に従ってマ
ニピュレータ６０が動作し、所望の作業を実行す。これ
で一つの作業工程が終了する。ステップ１０４では、図
示しない制御部において全作業工程が終了したかどうか
判定し、終了すれば動作完了となるが、終了しなければ
ステップ１０５に進み、マニピュレータ６０の動作によ
って作業環境が変化したか判定する。ここで、作業環境
に変化がない場合（マニピュレータによって作業空間中
の物体が移動しない場合）には、直ちにステップ１０２
に戻り、次の作業工程が実行される。一方、作業環境が
変化した場合（マニュピレータによって作業空間中の物
体が移動した場合）にはステップ１０６に進む。ステッ
プ１０６では関節角度空間更新部４０が起動し、関節角
度空間用メモリ２０内の関節角度空間中の作業環境の変
化した部分を更新する。この関節角度空間の更新処理後
、ステップ１０２に戻る。以下、全作業工程が終了する
まで、ステップ１０２〜１０６の処理が繰り返されるこ
とになる。

【００１３】以下、関節角度空間の生成及び更新処理に
ついて具体例により説明する。便宜上、マニュピレータ
は２自由度（２関節）とする。

【００１４】図２は二次元空間上を動作し、関節を二つ
持つ２自由度マニュピレータを示している。なお、斜線
領域は物体を示す。姿勢情報対応データ用メモリ１０に
格納される姿勢情報対応データは、このマニュピレータ
の作業空間中の各ポイント毎に、そのポイントと干渉す
るマニュピレータの全ての姿勢（関節角度）を対応させ
たものである。即ち、姿勢情報対応データは、マニュピ
レータの動作可能な空間をメッシュで区切り、その各メ
ッシュ毎に、そのメッシュと干渉するマニュピレータの
全ての姿勢情報を対応させたものである。このデータは
マニュピレータの形状と関節の数に依存して生成される
。例えば、図３の点Ｐは、図に示されているどの姿勢と
も干渉している。このため、姿勢情報対応データでは、
点Ｐに対して図に示された全ての姿勢を表わす関節情報
が対応づけされる。図４に具体的な姿勢情報対応データ
の内容を示す。このように、姿勢情報対応データは、マ
ニュピレータの動作する空間中の各点に対し、その点と
干渉するマニュピレータの全姿勢情報を列挙したもので
ある。

【００１５】なお、姿勢情報対応データのデータ量は一
般に非常に多くなるが、マニュピレータの特徴を利用す
ることなどにより、生成するデータ量を削減することが
可能である。これについて簡単に説明する。

【００１６】通常、マニュピレータは第１軸に対して回
転対象の動きをする。つまり、あたりまえのことだが、
第１軸が０度の時のマニュピレータの動きと、第１軸が
３０度の時のマニュピレータの動きは、第１軸の３０度
回転移動することにより、ぴったり重なる動きである。 これを、空間をメッシュで区切って姿勢情報対応データ
を求める場合に利用する。一般の三次元空間を考えた場
合、マニュピレータの第１軸上に原点がある作業空間の
、Ｘ−Ｚ平面上のメッシュに対する姿勢情報対応データ
と、例えば、Ｘ−Ｚ平面をＺ軸に対して３０度回転させ
た面上のメッシュに対する姿勢情報対応データでは、マ
ニュピレータの第１軸についての情報が３０度だけかわ
っている以外は、まったく同じ情報となる。そこで、姿
勢情報対応データは、Ｘ−Ｚ平面上のメッシュに対する
ものだけとし、それ以外の空間については、そこでＸ−
Ｚ平面から何度回転移動した位置であるかを求め、それ
をＸ−Ｚ平面上の対応するデータに加えることにより、
必要な情報を求めるのである。

【００１７】関節角度空間は、姿勢情報対応データを参
照することによって生成される。図５は図３の例に対応
する関節角度空間を示したものである。この空間の二つ
の軸はマニュピレータの第１軸と第２軸に対応しており
、空間上のある１点は一意にマニュピレータの１姿勢を
指し示す。図５において、斜線部分がマニュピレータと
物体が干渉する領域であり、それ以外が干渉しない領域
である。即ち、マニュピレータの作業空間中にある物体
が占有する領域（図３の斜線部）の各座標をキーとして
姿勢情報対応データを索引し、そのとき得られる関節角
度を関節角度座標上にプロットした領域が図５の斜線部
分である。マニュピレータの動作経路は、この生成され
た関節角度空間上にマニュピレータの初期姿勢の点Ｓ、
目標姿勢の点Ｇを設定し、その間の経路を干渉しない空
間から求めればよい。

【００１８】ここで、本実施例では、関節角度空間の生
成時、マニュピレータの動作によって位置の変化する物
体については、それぞれ別々に関節角度空間を求めた後
、それぞれを重ね合わせて全体のものを生成するものと
する。そして、物体が移動して作業環境が変化した場合
には、その物体がマニュピレータと干渉する部分を重ね
合わせたものからはずし、移動した位置での関節角度空
間を求め直し、再び重ね合わせることにより、関節角度
空間の更新を行うものとする。この具体例を図６乃至図
８に示す。

【００１９】図６は作業空間で、（ａ）が作業環境（６
０１，６０２は物体である）が変化する前の状態、（ｂ
）が変化後の状態（６０２の物体が６０２′に移動して
いる）である。

【００２０】図７は、図６（ａ）の作業環境に対する初
期関節角度空間の生成処理を示したものである。即ち、
物体６０１のみが作業空間中に存在している場合の関節
角度空間７０１と、物体６０２のみが存在している場合
の関節角度空間７０２を、それぞれ別々に生成し、この
二つの関節角度空間７０１，７０２を重ね合わせること
で、図６（ａ）の実作業空間全体の関節角度空間７０３
とする。

【００２１】図７は、図６（ｂ）の作業環境に対する関
節角度空間の更新処理を示したものである。即ち、図６
（ａ）の作業環境において物体６０２が移動して、作業
環境が図６（ｂ）へ変化した場合、物体６０２の移動し
た位置６０２′での関節角度空間８０１を生成し、これ
に関節角度空間７０３から物体６０２の部分をはずした
関節角度空間８０２（これは７０１と同じものである）
を重ね合わせて、新しい関節角度空間８０３とするので
ある。これにより、図６（ｂ）の変化後の作業環境に対
しては、関節角度空間８０３上で経路探索を行えばよい
ことになる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、マニュピレータと作業空間内の物体とが、干
渉しているかどうかの判定が、姿勢情報対応データを索
引するだけでできるため、従来技術で必要であった干渉
判定のための計算時間が削減される。このため、関節角
度空間生成時間が短縮される。さらに、前動作のために
生成した関節角度空間を利用し、作業環境の変化した部
分についてのみの変更によって、新たな動作に対する関
節角度空間が生成できることによって、連続動作を行う
場合により効率がよくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の機能ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例の動作を説明するための処理
フロー図である。

【図３】二次元空間上を動作する２自由度マニュピレー
タを示す。

【図４】姿勢情報対応データのテーブル構成を示す。

【図５】関節角度空間の具体例である。

【図６】作業環境が変化する前の状態と変化後の状態の
具体例である。

【図７】図６（ａ）に対する関節角度空間の生成処理を
示す。

【図８】図６（ｂ）に対する関節角度空間の更新処理を
示す。

【符号の説明】

１０　　姿勢情報対応データ用メモリ ２０　　関節角度空間用メモリ ３０　　関節角度空間生成部 ４０　　関節角度空間更新部 ５０　　経路探索部 ６０　　マニュピレータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　マニュピレータの関節角度空間を生成
   し、該空間上でマニュピレータの動作経路を求めるマニ
   ュピレータ経路探索方式において、マニュピレータの作
   業空間上のマニュピレータ自体が占有する領域と、その
   時のマニュピレータの関節角度とを対応付けたテーブル
   を備え、該テーブルを索引することにより、マニュピレ
   ータの作業空間中にある物体が占有する領域に対応する
   マニュピレータの関節角度を読み出して関節角度空間の
   生成を行うことを特徴とするマニュピレータ経路探索方
   式。
2. 【請求項２】　　マニュピレータの作業空間中にある物
   体が移動した場合、当該物体に関する部分についてのみ
   関節角度空間を求め直すことを特徴とする請求項１記載
   のマニュピレータ経路探索方式。