JPH0511843A

JPH0511843A - ロボツトの軌道作成方法

Info

Publication number: JPH0511843A
Application number: JP3164795A
Authority: JP
Inventors: Koichi Oikawa; 浩一及川; Hitoshi Komoriya; 均小森谷; Yasuyuki Nakada; 康之中田; Yasuki Yamamoto; 泰機山本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1993-01-22

Abstract

(57)【要約】【目的】短い処理時間、且つ簡単なアルゴリズムで、最
短距離の軌道を自動設定することを目的とする。【構成】１_Sは移動前のロボット、１_Eは移動後のロボッ
トであり、２は、ロボットの移動障害範囲を示してい
る。移動障害範囲２は、実際の障害物形状と厳密に一致
している必要はなく、あくまでも、その障害物が存在す
ることによってロボットの移動に障害となる範囲であ
る。３は、ロボットの移動方向を示す仮想の直線であ
り、４はこの直線３に直交する仮想の直線（以下、直交
線）である。直交線４には、所定長の線分５が重ねられ
ており、この線分５の長さと前記障害範囲２の最大幅と
は互いに等しい関係にある。また、６及び７は候補軌道
であり、これらの候補軌道６、７は、何れも前記移動障
害範囲２を通過しないように設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの軌道作成方
法に関する。一般に、走行若しくは移動を伴うロボット
のうち、障害物の回避機能を持たないロボットにあって
は、予め走行若しくは移動のルート、すなわち軌道を与
えなければならない。かかる軌道の設定に際しては、作
業時間を短縮化するために、最短距離の軌道を与えるこ
とが要求される。

【０００２】

【従来の技術】従来の軌道設定方法としては、（１）オ
ペレータによって設定されたいくつかの候補軌道の中か
ら、最短距離の軌道を選択する方法、（２）動的計画法
などの計算手法により、自動的に最適軌道を設定する方
法、等が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）の方法にあっては、障害物の数が多くなるほど、
オペレータによる設定作業が繁雑化し、しかも経験の浅
いオペレータの場合には最短距離の軌道を見落す可能性
があるといった問題点がある。また、（２）の方法にあ
っては、ロボットの走行範囲若しくは移動範囲を２次元
平面のスリットに分割し、スリットごとに障害物の有無
を判定しつつ動的計画法等の計算処理を実行しなければ
ならず、軌道設定の精度を上げようとすると、スリット
の数が膨大になって計算時間が長くなり、しかもこれに
伴って処理プログラムが複雑化するといった問題点があ
る。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、短い処理時間、且つ簡単なアルゴリズム
で、最短距離の軌道を自動設定することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図で
ある。１_Sは移動前のロボット、１_Eは移動後のロボット
であり、２は、ロボットの移動障害範囲を示している。
移動障害範囲２は、実際の障害物形状と厳密に一致して
いる必要はなく、あくまでも、その障害物が存在するこ
とによってロボットの移動に障害となる範囲である。

【０００６】３は、ロボットの移動方向を示す仮想の直
線であり、４はこの直線３に直交する仮想の直線（以
下、直交線）である。直交線４には、所定長の線分５が
重ねられており、この線分５の長さと前記障害範囲２の
最大幅とは互いに等しい関係にある。また、６及び７は
候補軌道であり、これらの候補軌道６、７は、何れも前
記移動障害範囲２を通過しないように設定される。

【０００７】

【作用】初期軌道が、移動前・後のロボット１_S、１_Eを
結ぶ直線３に沿って与えられていると考える。この初期
軌道が線分５と交差しない場合は、その初期軌道上に障
害物がなく、最短の軌道である。一方、図１のような場
合には、初期軌道が線分５と交差するので、その初期軌
道が不適であると判定され、この場合、候補軌道６、７
の中から最短距離のものが新たな軌道として設定され
る。

【０００８】したがって、動的計算法等の複雑な計算手
法を用いなくてもよいので、計算時間の短縮化及び処理
プログラムの簡単化を図りつつ、最適軌道の自動設定が
なされる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２〜図７は本発明に係るロボットの軌道作成方
法の一実施例を示す図である。図２において、Ｒ_Sは、
位置Ｐ_Sを与えられた移動前のロボット、Ｒ_Eは、位置Ｐ
_Eを与えられた移動後のロボットである。なお、位置Ｐ_S
及びＰ_Eは、ロボット移動の始点位置及び終点位置であ
ってもよいし、あるいは移動途中における任意の位置で
あってもよい。また、ロボットＲ_S、Ｒ_Eの形状を図では
矩形としているが、これに限るものではなく、実際のロ
ボット形状に近似する形状であればよい。Ｏ_i（ｉは
１、２、３、……ｎ）は、ロボットの移動障害範囲であ
り、ｈ_oはロボットの移動方向を示す仮想直線である。
なお、移動障害範囲Ｏ_iは、実際の障害物形状と厳密に
一致している必要はなく、その障害物が存在することに
より、ロボットの移動に障害となる範囲を近似するもの
であればよい。

【００１０】図２の配置における軌道の良否確認は、ま
ず、図３に示すように、直線ｈ_oに直交する直線（以
下、直交線）Ｖ_oiを引き、その直交線Ｖ_oi上に移動障害
範囲Ｏ _iを射影して、移動障害範囲Ｏ_iの最大サイズと等
しい長さの線分Ｕ_oiを設定する。ここで、直交線Ｖ_oiの
数と移動障害範囲Ｏ_iの数は同じであり、１つの直交線
と１つの移動障害範囲がペアになる。図３の例では、第
１の直交線Ｖ_o1上に第１の移動障害範囲Ｏ₁の最大サイ
ズと同じ長さを持つ第１の線分Ｕ_o1が設定され、第２の
直交線Ｖ_o2上に第２の移動障害範囲Ｏ₂の最大サイズと
同じ長さを持つ第２の線分Ｕ_o2が設定され、…………、
第４の直交線Ｖ_o4上に第４の移動障害範囲Ｏ₄の最大サ
イズと同じ長さを持つ第４の線分Ｕ_o4が設定される。

【００１１】次に、ロボットＲ_Sの軌道上の専有領域ｅ₀
を設定する。この専有領域ｅ₀は、仮想直線ｈ_oに沿った
経路で与えられ、その領域の長さは直線ｈ_oの長さに対
応し、且つその領域の幅ＷはロボットＲ_Sの横方向の最
大サイズ（ここで言う横方向とは直線ｈ_oに直交する方
向である）に等しい。軌道の良否判定は、この専有領域
ｅ₀に対して交差する線分が１つも存在しなければ
「良」、交差する線分Ｕ_oiが１つでも存在すれば「否」
と判定する。良と判定された場合には、その専有領域ｅ
₀に沿って設定された軌道が最も短い距離の最適軌道で
あるから、その軌道をロボット軌道として使用し、一
方、「否」と判定された場合には、その専有領域ｅ₀に
沿った軌道を使用せずに、別途に設定したいくつかの候
補軌道の中から最短距離のものを選び出して使用する。

【００１２】ここで、候補軌道は、線分Ｕ_oiの端点を元
の移動障害領域Ｏ_iに射影した点を屈曲点とし、上記の
専有領域ｅ₀をその屈曲点で折り曲げて設定する。図２
〜図４の場合には、４つの線分Ｕ_o1〜Ｕ_o4のそれぞれの
端点ごとに候補軌道を設定する。線分ごとの端点数が２
つ、全部で８点であるから、合計で８つの候補軌道を設
定し、その中の最も軌道長の短いものを屈曲点までの最
適ロボット軌道として決定する。

【００１３】図５には、決定された最適軌道ｈ₁を含む
新たな専有領域ｅ₁が示されている。この専有領域ｅ
₁は、移動障害範囲Ｏ₂上の屈曲点ａで曲げられており、
屈曲点ａは線分Ｕ_o2の端点を射影した点に相当する。な
お、専有領域ｅ₁は、屈曲以降の部分で他の移動障害範
囲Ｏ₃に干渉しており、再度の軌道変更を要する。この
場合、屈曲点ａにおけるロボット位置Ｐ_mをＰ_Sと読み代
え、以上に説明した軌道の良否確認処理及び軌道の変更
処理を繰り返せばよい。

【００１４】図６は「軌道の良否確認処理」及び「軌道
の変更処理」を含むフローチャートである。このフロー
チャートでは、まず、ステップ１０で、ロボットの形
状、ロボットの最大走行速度若しくは最大移動速度、動
作軌道の始点Ｐ_S、終点Ｐ_E及び障害物の形状とその位置
等の諸条件を入力すると、ステップ１１でＰ_S、Ｐ_Eを結
ぶ直線状の初期軌道ｈ₀を作成し、ステップ１２でその
初期軌道の良否確認を実行する。

【００１５】図７は、軌道の良否確認処理の詳細フロー
である。このフローでは、ステップ１２ａ、１２ｂで、
与えられた軌道を直線部分に分割し（但し、折れ曲がっ
ていなければ１つの直線部分だけになる）、ステップ１
２ｃで１つの直線部分に直交する直線（直交線Ｖ_oi）を
作成する。次いで、ステップ１２ｄでそれぞれの直交線
Ｖ_oi上に移動障害領域Ｏ_iの最大サイズに相当する長さ
の線分Ｕ_oiを生成し、ステップ１２ｅで軌道上をロボッ
トが移動した際に専有する領域（専有領域）を抽出す
る。そして、ステップ１２ｆでその専有領域とそれぞれ
の線分Ｕ_oiとの交差状況を判定し、交差ありの場合には
その軌道を不適正と判定する一方、交差なしの場合には
ステップ１２ｇで全ての直線部分について上記のステッ
プ１２ａ〜１２ｆを繰り返し、それでも交差なしであれ
ば、その軌道を適正として判定する。

【００１６】このような軌道の良否確認の結果、交差な
しと判定された場合には、ステップ１３でその初期軌道
ｈ₀を最短距離の適正軌道として決定し、一方、交差あ
りの場合には、ステップ１４で候補軌道に変更する。そ
して、ステップ１５（上記ステップ１２と同じ内容）で
その候補軌道に対して軌道の良否確認処理を実行し、交
差なしの場合には、ステップ１６でその候補軌道を保存
する。また、交差ありの場合には、再びステップ１４で
他の候補軌道に変更して良否確認を実行し、全ての候補
軌道についての良否確認を完了するとステップ１７に進
み、交差なしを判定された候補軌道の中から最短距離の
軌道を選び出してそれをロボット軌道として決定する。

【００１７】以上説明したように、本実施例では、与
えられたロボット軌道の直線部分に直交する直交線Ｖ_oi
を作成する、その直交線Ｖ_oi上に移動障害領域Ｏ_iの
最大サイズに相当する長さの線分Ｕ_oiを生成する、こ
の線分Ｕ_oiとロボットの移動に伴う専有領域との交差状
況を判定する、といった手順を実行するだけで与えられ
たロボット軌道の良否を判定でき、動的計画法等の複雑
な計算手法を不要にすることができる。また、与えられ
た軌道が不適の場合には、線分Ｕ_oiの端点を移動障害領
域Ｏ_iに射影し、その射影点を屈曲点とした候補軌道を
生成してその候補軌道の中から最も短い距離のものを選
択すればよい。したがって、短い処理時間、且つ簡単な
アルゴリズムで最短距離の軌道を自動的に設定すること
ができる。

【００１８】なお、上記の実施例では、２次元平面を走
行範囲若しくは移動範囲とするロボットを想定したが、
これに限るものではなく、３次元空間を走行範囲若しく
は移動範囲とするロボットにも適用することが可能であ
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、障害の範囲をロボット
の移動方向に直交する線分の長さで表現するとともに、
ロボットの軌道が該線分と交差する場合には、前記移動
障害範囲を通過せず、且つ最も短い軌道を新たな軌道と
して設定するように構成したので、短い処理時間、且つ
簡単なアルゴリズムで、最短距離の軌道を自動設定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】一実施例のロボットと移動障害範囲との位置関
係図である。

【図３】一実施例の直交線Ｖ_oiとその直交線Ｖ_oi上に設
定された線分Ｕ_oiとの関係図である。

【図４】一実施例のロボットの移動に伴う専有領域を示
す図である。

【図５】一実施例の軌道変更図である。

【図６】一実施例の軌道の良否確認処理及び軌道の変更
処理を含むフロー図である。

【図７】一実施例の軌道の良否確認処理の詳細フロー図
である。

【符号の説明】

１_S：ロボット（移動前）１_E：ロボット（移動後）２：移動障害範囲３：直線４：直交線５：線分６、７：候補軌道Ｒ_S、Ｒ_E：ロボットＯ_i：移動障害範囲ｈ₀：初期軌道（直線）Ｖ_oi：直交線Ｕ_oi：線分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本泰機神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの移動範囲に含まれる障害物につ
いて、その障害物によって発生する移動障害の範囲をロ
ボットの移動方向に直交する線分の長さで表現するとと
もに、ロボットの軌道が該線分と交差する場合には、前
記移動障害範囲を通過せず、且つ最も短い軌道を新たな
軌道として設定することを特徴とするロボットの軌道作
成方法。
【請求項２】前記移動障害の範囲は、ロボットの移動方
向に直交する障害物の最大サイズを、ロボットの移動方
向に直交する直線上に射影して表現することを特徴とす
る請求項１記載のロボットの軌道作成方法。