JPH0566822A - 複数のマニピユレーターに対する動き制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多数のマニピュレーター間の抵触を回避する
ためにそれらマニピュレーターの動きを効果的に制御す
る方法及び装置を提供する。 【構成】 ロボット・ワークステーション（１０）の複
数個の側面を持つマニピュレーター（１８及び１８′）
間の抵触の判定が、各マニピュレーターがユーザがプロ
グラムした動き計画を実行するときに、各マニピュレー
ターの各側面が他のマニピュレーターの対応する側面と
接触するか否かを調べることによって達成される。も
し、そのような抵触が検出されると、何らかの動きの前
に、抵触しているマニピュレーターの動き計画がそのよ
うな抵触を回避するためにその速度と軌跡の何れかを変
更することによって改変される。最初にプログラムされ
た動き計画の改変（もしそれが必要であれば）の後、そ
れら動き計画が実行される。このようにして、抵触を回
避するために停止されるマニピュレーターは存在しなく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多数のロボット・マ
ニピュレーターの動きを、それらマニピュレーター間の
抵触を回避するように制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボット技術の分野では、現在、ロボッ
ト・ワークステーション（ｒｏｂｏｔｉｃ ｗｏｒｋｓ
ｔａｔｉｏｎ）とも呼ばれることがあり、多数のマニピ
ュレーターを持ち、互いには独立して移動することがで
き、例えば部品把持装置のような、多数の作業遂行部材
であるロボットが存在している。そのような多数のマニ
ピュレーターを持つロボット・ワークステーションの例
に、ニュー・ジャージー州プリンストンのＡＴ＆Ｔ社か
ら提供されている、ＡＴ＆ＴＦＷＳ ２００ワークステ
ーションが有り、このワークステーションは、垂下され
た一対の独立して移動可能なマニピュレーターを有する
強磁性体プラテン・テーブルを支持するフレームで構成
されている。各マニピュレーターは、プラテン・テーブ
ル上のマニピュレーターを直線進路に沿って駆動するの
に役立つ、ビー・ソーヤー（Ｂ．Ｓａｗｙｅｒ）氏に与
えられた１９７２年２月１５日に発効の米国特許Ｒｅ２
７，２８９号及び１９７２年７月１８日に発効の米国特
許Ｒｅ２７，４３６号（これらは、本説明の参考に供さ
れる）に開示されている種類の、リニヤー・モーターを
有する。各マニピュレーターからは、ツール、例えばプ
ラテンの下方に間隔を置いて平行な作業面上にある加工
材料に対して、引き上げ／配置操作のような操作を遂行
するために、最下端に真空吸引装置を保持しているｚ軸
アクチュエーターが垂下されている。

【０００３】上記の種類の多数のマニピュレーターを持
つロボットに関連する共通の問題点に、各マニピュレー
ターが指示された操作を遂行する途中で特定の進路部分
に沿って移動するときに、それらマニピュレーター間で
抵触（例えば、衝突）が起きる可能性が有る。そのよう
な抵触を回避するための一つの可能なアプローチは、或
るマニピュレーターが、他のマニピュレーターが位置す
ることができる領域を占めるときを合図する指示信号、
代表的には数値であるセマフォー信号（ｓｅｍａｐｈｏ
ｒ）を使用することである。

【０００４】例えば、上記ロボットでは、回路板のよう
な加工材料を覆うプラテン・テーブルの上の領域が、両
方のマニピュレーターに共通な一つの部分である。それ
らマニピュレーターの何れかがこの共通部分を占めてい
るかぎりにおいては、その部分に対応しているセマフォ
ー信号には零以外の値が与えられており、その値はその
マニピュレーターがその部分から脱しているときは零に
減少される。他のマニピュレーターがこの共通部分へ進
入することが可能になる前に、その関連するセマフォー
信号が零であるか否かの検査がなされる。セマフォー信
号が零になるまで、その部分へ進入する筈のマニピュレ
ーターは、現在その部分を占めているマニピュレーター
がそこから脱してしまうまで待機しなければならない。
マニピュレーター間の抵触を回避するためのこのアプロ
ーチは、或るマニピュレーターが共通部分を占めている
かぎり、他のマニピュレーターが、それが例え抵触の危
険無しにその部分へ安全に進入することができたとして
もその部分へ進入する前に待機しなければならないと言
う見地からして、不十分である。

【０００５】１９８９年１２月２６日に発効した米国特
許第４，８９０，２４１号には、ロボット・ワークステ
ーションの一対のマニピュレーター間の抵触を回避する
ために、少し異なる工夫が提案されている。この特許に
記載されているように、二個のマニピュレーター間の抵
触は、それらマニピュレーターのうちの第一のマニピュ
レーターが進行する全直線進路を「割り当て」（例え
ば、予約）することによって回避される。マニピュレー
ターのこの特定進路部分が割り当てられた状態にある間
は、他のマニピュレーターがその割り当てられた進路の
何れの部分にも進行することができない。一旦、前記第
一マニピュレーターのその割り当てられた進路に沿った
進行が完了すると、その進路の割り当てが解除され、他
のマニピュレーターの進行が可能になされる。

【０００６】このアプローチは、特定のマニピュレータ
ーの進路が割り当てられている間は、他のマニピュレー
ターの何れもが、例えそれが如何なる抵触をも招くこと
無くその進路を横断することができたとしても、横断を
開始する前に待機しなければならない不利益が有る。先
に記載されているアプローチと同様に、このアプローチ
もまた、抵触を回避するためにマニピュレーターの運動
が停止されなければならない見地からして、不利益を招
いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、多数のマニピ
ュレーター間の抵触を回避するために、それらマニピュ
レーターの動きを効果的に制御する技術が必要とされて
いる。

【０００８】

【発明を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
では、概略的に複数のマニピュレーターの各々の運動
を、各マニピュレーター間の抵触を回避するために、各
マニピュレーターがｘ-ｙ平面内を一定の速度で、且
つ、一定の方向（無回転）に直線進路に沿って移動でき
るように制御する方法が提供される。本発明によれば、
各マニピュレーターに対する所望の動き計画（即ち、そ
の軌跡及び速度）が、最初に、代表的にはオペレーター
によって各マニピュレーターが有用な作業を遂行するこ
とができるように、確定される。何れか二個以上のマニ
ピュレーターが、各々そのプログラムされた動き計画を
実行することが可能な場合には、それらマニピュレータ
ーが互いに抵触しそうか否かについての検査がなされ
る。

【０００９】代表的には、マニピュレーター間の抵触
（例え、存在するのが一個の抵触であっても）は、各マ
ニピュレーターの各側面の位置を時間について確定（プ
ロット）することによって検出される。続いて、各マニ
ピュレーターが改変無しにその動き計画を実行すること
が可能な場合には、そのマニピュレーターの側面の何れ
かが、他のマニピュレーターの対応する側面と共通な領
域を占めるか否かについての検査がなされる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、もし、そのような交差（即
ち、抵触）が起きるとすれば、そのときは、一個または
二個以上の潜在的に抵触しているマニピュレーターが、
抵触を回避するために、そのマニピュレーターの軌跡も
しくは速度を改変するか或いはそれらの双方を改変する
ことによって、改変される。

【００１１】

【実施例】図１は、本実施例においては、シェルフ１６
の上方にそれと平行に間隔をおいて強磁性体プラテン・
テーブル１４を支持しているフレーム１２を有する、Ａ
Ｔ＆Ｔ社のＦＷＳ２００ワークステーションの形を取る
ロボット・ワークステーション１０の斜視図である。こ
のシェルフ１６は、このシェルフ１６の上方に置かれる
ようにプラテン・テーブル１４から垂下している一対の
作業遂行マニピュレーター１８及び１８′の各々によっ
て、一回または数回の操作が行なわれる回路板のような
物品１７を支持する役目を持っている。

【００１２】マニピュレーター１８及び１８′の各々
は、上記再発行特許ＲＥ２７，２８９及びＲＥ２７，４
３６に記載されているような、「ソーヤー」型リニヤー
・モーターの形を有する原動機（ｆｏｒｃｅｒ）２０を
有している。各原動機２０は、この原動機２０を、プラ
テン・テーブル１４の下面と一致しているｘーｙ平面内
で、直線進路に沿い一定速度で移動させるために、「へ
その緒状（ｕｍｂｒｉｃａｌ）の」ケーブル２２を介し
て、カリフォルニヤ州サン・ノゼにあるジェネティック
ス社（Ｘｙｎｅｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）か
ら入手することができる駆動電源ユニット（ＤＥＵ）２
４から、アナログ電気信号と共に動作エネルギーを供給
される。このＤＥＵ２４は、汎用ディジタル・コンピュ
ーター２６によって入力され且つ記憶される、ユーザに
よって設定された動きプログラムに従い、このコンピュ
ーター２６により各原動機２０の所望の動き計画（軌跡
及び速度）を表している信号によって、電気的に励起さ
れる。ＤＥＵ２４とコンピューター２６の双方は、フレ
ーム１２の上部に位置している匡体２８内に設置されて
いる。

【００１３】各原動機２０は、電動式或いは油圧駆動式
の、ｚ軸に沿って伸縮可能な関連する垂下型ｚ軸アクチ
ュエーター３０を有する。アクチュエーター３０の先端
には、プラテン・テーブル１４の下に位置しているパー
ツ・フィーダー３６によって供給されるパーツ（例え
ば、電子部品）を解放可能に吸引するように作用する、
真空吸引装置３２が構成されている。パーツ・フィーダ
ー３６の近傍には、配列ネスト３８を、その中に置かれ
た部品３４を配列するために配置することができる。

【００１４】部品３４の引き上げ、及び、物品１７上へ
の部品３４の配置は、最初にマニピュレーター１８及び
１８′のうちの一つを別々にパーツ・フィーダー３６に
移動し、その結果、そのマニピュレーターの真空吸引装
置３２が、パーツ・フィーダー３６によって供給される
部品を引き上げることが可能となるようにすることによ
って達成される。その引き上げられた部品３４は、続い
て特定のマニピュレーター１８、１８′によって、配列
のために配列ネスト３８へ移送される。配列後、その部
品３４は、続いてマニピュレーター１８及び１８′のう
ちの特定のマニピュレーターによって、その配列ネスト
３８からその部品３４が載置されるべき物品１７上の位
置と重なり合っている位置へ移送される。

【００１５】最後に、マニピュレーター１８及び１８′
のうちの関連するマニピュレーターのアクチュエーター
３０が、その部品３４を物品１７上に降下させるように
操作され、このとき部品３４が真空吸引装置３２から解
放される。なお、物品１７上への部品３４の配置は、マ
ニピュレーター１８及び１８′の各々によって実行する
ことが可能な種類の操作の例であることは言うまでもな
い。

【００１６】当然認識されるように、予防策がロボット
・ワークステーション１０の操作中に取られない限り、
マニピュレーター１８及び１８′が互いに抵触するこ
と、即ち、両者がプラテン・テーブル１４上で同時に同
じ領域を占めようとすることが有り得る。このことは、
マニピュレーター１８が進行する任意の進路部分及びマ
ニピュレーター１８′が進行する一対の代替的な進路部
分の各々をグラフ状に示す図２を参照することによっ
て、より良く理解することができる。

【００１７】マニピュレーター１８は、座標（２，
３）、（３，３）、（３，４）及び（２，４）で区画さ
れた当初位置Ｍ１_iから、座標（４，６）、（５，
６）、（５，７）及び（４，７）で区画された目的位置
Ｍ１_fへ、（実線で囲まれた）直線進路部分に沿って移
動するものと想定する。もし、マニピュレーター１８′
が、座標（５，２）、（６，２）、（６，３）及び
（５，３）で区画された当初位置Ｍ２_iから、座標
（７，５）、（８，５）、（８，６）及び（７，６）で
区画された目的位置Ｍ２_fへ、（点線で囲まれた）直線
進路部分に沿って移動するとすれば、それらのマニピュ
レーターが進行する進路は交差していないので抵触は起
きないこととなる。

【００１８】ここで、マニピュレーター１８′が、座標
（５，２）、（６，２）、（６，３）及び（５，３）で
区画された当初位置Ｍ２_iと座標（１，６）、（２，
６）、（２，７）及び（１，７）で区画された目的位置
Ｍ２_f′との間を、（一点鎖線で囲まれた）直線進路部
分に沿って移動する場合を考える。図２から分かるよう
に、このような状況下では、マニピュレーター１８及び
１８′が進行する進路部分が交差する。マニピュレータ
ー１８と１８′の双方が、（斜交領域で表わされてい
る）双方の進路に共通な領域を同時に占めるとすれば、
それらマニピュレーターは抵触することとなる。

【００１９】マニピュレーター１８と１８′とが抵触す
る仕方をより良く理解するためには、図２に描写されて
いる進路部分に関する各マニピュレーターのｘ−ｙ軸面
位置の時間に対するプロットを示している図３を参照す
べきである。マニピュレーター１８及び１８′の各々
が、それぞれその当初位置Ｍ１_i及びＭ２_iから進行する
とき、各マニピュレーターがそのマニピュレーターが進
行する領域に相当する直角角柱の全体を時間的に走査す
る。図３の角柱を以下「領域／時間」角柱と言う。マニ
ピュレーター１８及び１８′の各々に関連する「領域／
時間」角柱に、他のマニピュレーターに関連する角柱の
面と交差する面が存在していない間は、抵触は発生しな
い。

【００２０】しかし、マニピュレーター１８′がＭ２_f
へではなくＭ２_f′へ進行するときに起きるように、マ
ニピュレーター１８及び１８′の各々に関連する図３の
角柱が他のマニピュレーターに関連する角柱と交差する
面を持っていれば、抵触が起きる可能性が有る。マニピ
ュレーター１８′がＭ２_fへ進行するとき、そのマニピ
ュレーターの「領域／時間」角柱の面が時刻ｔ_iとｔ_fと
の間の期間に交差することに留意しなければならない。
従って、抵触を回避するために、マニピュレーター１８
及び１８′のうちの一つは、その期間中、双方のマニピ
ュレーターに共通な領域を占めることを回避しなければ
ならない。

【００２１】マニピュレーター１８と１８′との間の潜
在的な抵触を調べる仕事は、ロボット・ワークステーシ
ョン１０に当てはまる次の二つの仮定を行なうことによ
って簡単化することができる。最初に、マニピュレータ
ー１８と１８′の双方が、図４に示されるように、それ
ぞれ四個の、矩形を成す側面ａ₁、ａ₂、ａ₃及びａ₄、及
びｃ₁、ｃ₂、ｃ₃及びｃ₄を持っていると仮定する。次
に、マニピュレーター１８と１８′の各々がプラテン・
テーブル１４上を直線進路に沿って進行し、即ち、何れ
のマニピュレーターも回転することができないと仮定す
る。これらの仮定の下では、マニピュレーター１８の側
面ａ₁、ａ₂、ａ₃及びａ₄のうちの一つが、マニピュレー
ター１８′の側面ｃ₁、ｃ₂、ｃ₃及びｃ₄のうちの対応す
る側面と、それぞれ同時に重なり合う（即ち、交差す
る）ときに抵触が起きる。

【００２２】対応しているマニピュレーターの側面が交
差するか否かの判定を容易にするために、マニピュレー
ター１８の側面ａ₁を含む図３の「領域／時間」角柱の
面に相当する第一の平面Γ₁を定義することが有益にな
る。ここで図５において、平面Γ₁内には、時刻ｔ＝ｔ_i
におけるマニピュレーター１８の側面ａ₁の位置を表わ
すラインａ１_i、及びマニピュレーターが進行する時限
の終刻時刻ｔ＝ｔ_fにおけるマニピュレーター１８の側
面ａ₁の位置を表わすラインａ１_fが置かれている。ライ
ンａ１_iは、それぞれ座標（ｘ₁，ｙ₁，ｔ_i）及び
（ｘ₂，ｙ₂，ｔ_f）によって与えられる端点Ｐ₁及びＰ₂
を持っている。同様に、ラインａ１_fは、それぞれ座標
（ｘ₃，ｙ₃，ｔ_f）及び（ｘ₄，ｙ₄，ｔ_f）によって与え
られる端点Ｐ₃及びＰ₄を持っている。

【００２３】単位量のベクトルである、原点とラインａ
１_iの端点Ｐ₁との間の単位ベクトルｐ ₀₁は、次式（１）
で表わされる。

【数１】 （１） ここで、ｐ₁は次式（２）によって与えられる。

【数２】 （２）

【００２４】原点と各端点Ｐ₂、Ｐ₃及びＰ₄との間の一
組の単位ベクトルｐ ₀₂、ｐ ₀₃及びｐ _{0 4}の各々は、同様に
して定義することができる。

【００２５】単位ベクトルｐ ₀₁、ｐ ₀₂、ｐ ₀₃及びｐ ₀₄を
定義すると、端点Ｐ₁及びＰ₃をつなぐラインＬ₁₃＝（ｌ
₁₃；ｌ ₀₁₃）を、次式（３）、（４）のように記述する
ことができる。

【数３】 （３）

【数４】 （４） ここで、Ｎ₁は次式（５）で与えられる。

【数５】 （５）

【００２６】ベクトルｌ ₁₃及びｌ ₀₁₃が確定されると、
平面Γ₁はラインＬ₁₃及び端点Ｐ₂とを含む平面として定
義することができる。ベクトル関係の点から、平面Γ₁
は次式（６）で表わすことができる。

【数６】 （６） ここで、γ ₁及びγ₀₁は次式（７）及び（８）で与えら
れる。

【数７】 （７） 及び

【数８】 （８） なお、Ｎ₂は次式（９）で与えられる。

【数９】 （９）

【００２７】時刻ｔ＝ｔ_i及び時刻ｔ＝ｔ_fにおいて、マ
ニピュレーター１８の側面ａ₂、ａ₃及びａ₄を含む、図
４の「領域／時間」角柱の他の側面をそれぞれ表わす、
一組の平面Γ₂、Γ₃及びΓ₄の各々は、同様にして定義
することができる。同じく、時刻ｔ＝ｔ_i及び時刻ｔ＝
ｔ_fにおいて、マニピュレーター１８′の側面ｃ₁、
ｃ₂、ｃ₃及びｃ₄を含む、図４の「領域／時間」角柱の
他の側面をそれぞれ表わす、一組の平面Γ₁′、Γ₂′、
Γ₃′及びΓ₄′の各々が、同様にして定義することがで
きる。

【００２８】図６は、マニピュレーター１８がＭ１_iか
らＭ１_fへ進行し、且つ、マニピュレーター１８′がＭ
２_iからＭ２_fへ進行する状況下における、図４の平面Γ
₁及びΓ₃′の各々を示す斜視図である。図３に関して既
に説明したように、このような状況下では、図６に示さ
れる平面Γ₁及びΓ₃′間の交差によって示唆されるよう
に、図１のマニピュレーター１８及び１８′間に抵触が
起きる可能性が有る。しかし、それらマニピュレーター
のうちの一方が、早い時間中か或いは遅い時間中に、他
方のマニピュレーターと共通な領域に進行する場合に
は、マニピュレーター１８及び１８′間に実際に抵触が
起きることは無い。

【００２９】従って、実際に抵触が有り得るか否かを判
定するには、マニピュレーター１８及び１８′の双方が
同時に同じスペースを占めるか否かを確定することが必
要である。図６において、平面Γ₁及びΓ₃′間の交差
は、次式（１０）、（１１）のベクトルｌ及びｌ ₀によ
って与えられるラインＬを唯一的に定義している。

【数１０】 （１０）

【数１１】 （１１）

【００３０】ラインＬが確定すると、図６のラインＬ上
及びラインＬ₁₃上に有り、これらのラインが交差してい
る点を定義している点Ｑ₁を確定することが可能にな
る。この点Ｑ₁は、各々が次式（１２）、（１３）によ
って与えられるスカラー量ｑ₁と単位ベクトルｑ ₀₁によ
って与えられる。

【数１２】 （１２）

【数１３】 （１３） なお、Ｎ₃は次式（１４）で与えられる。

【数１４】 （１４）

【００３１】図５の点Ｐ₂及びＰ₄を結んでいるラインＬ
及びＬ₂₄間の交差の点を定義している点Ｑ₂は、同様に
して表わすことができる。同じく、点Ｑ₁及びＱ₂と類似
の、平面Γ₃′内の一対の点Ｑ₁′及びＱ₂′の各々が、
同様に確定可能である。これらの点Ｑ₁とＱ₂及びＱ₁′
とＱ₂′は、それぞれ、次式（１５）、（１６）によっ
て与えられる線分Ｑ₁Ｑ₂及びＱ₁′Ｑ₂′によって組み合
わせることができる。

【数１５】 （１５）

【数１６】 （１６）

【００３２】線分Ｑ₁Ｑ₂は、抵触が起きる期間である、
時間軸ｔ上の時刻ｔ_i及びｔ_f間の期間内に置かれてい
る。同様に、線分Ｑ₁′Ｑ₂′が同じ期間内に置かれてい
る。もし、線分Ｑ₁Ｑ₂及びＱ₁′Ｑ₂′が重なり合う場合
には、マニピュレーター１８及び１８′のそれぞれの側
面ａ₁及びｃ₃が実際に抵触する。

【００３３】図７において、抵触がマニピュレーター１
８及び１８′間に起きるか否かを上記の解析を利用して
検出するための、図１のコンピューター２６によって実
行されるプログラムのステップが、フロー・チャートの
形態で示されている。このプログラムの第一ステップ
（ステップ４０）では、検査されるべきマニピュレータ
ー１８及び１８′の企画された動きが、重なり合ってい
る時限中に起きるか否かの判定が行なわれる。既に説明
したように、マニピュレーター１８及び１８′の各々に
よって実行されるべき代表的な操作は、通常、マニピュ
レーターの幾つかの異なる移動で構成されている。従っ
て、図１に関して既に説明したように、マニピュレータ
ー１８が部品３４の引き上げ及び配置を行なうとき、こ
のマニピュレーター１８は、最初にパーツ・フィーダー
３６へ移動し、続いて配列ネスト３８へ移動し、最後に
物品１７上の位置へ移動する。このような動きの各々は
それ自体の時限内で起きる。従って、重なり合いの無い
期間中になされる動きについては、後のマニピュレータ
ーが移動している間は先のマニピュレーターが多分他の
位置へ移動しているであろうから、マニピュレーター１
８及び１８′間の抵触を調べる必要は無い。従って、も
しマニピュレーター１８及び１８′の各々の企画された
動きが同時に起きない場合は、ステップ４０に続いて、
プログラムの実行がステップ４２へ分岐され、その企画
された動きが実際に実行される。

【００３４】しかし、もしその企画された動きが時間的
に重なり合う場合は、プログラムの実行がステップ４４
へ分岐する。ステップ４４の間に、マニピュレーター１
８の側面ａ₁が、既に説明したように各マニピュレータ
ーによって行なわれるべき企画された動きの間のどこか
で、マニピュレーター１８′の側面ｃ₁と交差するか否
かについて検査が行なわれる。

【００３５】このステップが実行される実際の方法を、
以下、図８を参照してより詳細に説明する。抵触が見い
出されると、プログラムの実行がステップ４２へ分岐
し、その間に動き計画、即ち、マニピュレーター１８及
び１８′の一方或いは双方によってなされるべき動きと
関連する速度または軌跡が、後で図９から図１３に関し
て説明する方法で改変される。

【００３６】マニピュレーター１８と１８′の側面ａ₁
とｃ₁に交差が無い場合は、ステップ４８が実行され、
マニピュレーターの側面ａ₂とｃ₄との間に交差が起こり
得るか否かについての検査がなされる。交差が見い出さ
れると、プログラムの実行がステップ４６へ分岐し、そ
の間にマニピュレーター１８及び１８′の一方或いは双
方の動き計画（速度または軌跡）が調整される。もし、
交差が見い出されない場合は、ステップ５０が実行され
て、マニピュレーターの側面ａ₃とｃ₁との間に交差が起
こり得るか否かについて検査がなされる。ステップ５０
中における交差の検出によって、そのプログラムがステ
ップ４６へ分岐され、ここでマニピュレーター１８及び
１８′の一方或いは双方の進路進行計画が調整される。

【００３７】交差がステップ５０の後で見い出されない
場合は、ステップ５２が実行され、マニピュレーター１
８及び１８′の側面ａ₄とｃ₂との間に起こり得る交差の
検査がなされる。交差の検出によって、そのプログラム
の実行がステップ４６へ分岐され、ここでマニピュレー
ター１８及び１８′の一方或いは双方の動き進行計画が
調整される。もし、ステップ５２の後で交差が検出され
ない場合は、抵触が全く起きないことが示され、この結
果、プログラムの実行がステップ４２へ分岐されてその
動きが実行される。その後、プログラムの実行がステッ
プ４０へ分岐される。

【００３８】ここで、図８において、マニピュレーター
１８の側面ａ₁がマニピュレーター１８′の側面ｃ₃と、
それらの各々によってなされるべき特定の動きの間に交
差するか否かを実際に確定するために、図７のプログラ
ム・ステップ４４の間に図１のコンピューター２６によ
って実行されるサブ・ルーチンが、フロー・チャートの
形で示されている。図８のサブ・ルーチンの最初のステ
ップ（ステップ６０）では、既に述べたように、それぞ
れ時刻ｔ＝ｔ_i及び時刻ｔ＝ｔ_fにおいて、マニピュレー
ターの側面ａ₁の位置と対応するラインａ１_i及びａ１_f
とそれぞれ関連している端点Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃及びＰ₄を表
わしている単位ベクトルｐ ₀₁、ｐ ₀₂、ｐ ₀₃及びｐ ₀₄が確
定される。ステップ６０の後で、それぞれ、端点Ｐ₁、
Ｐ₂、Ｐ₃及びＰ₄をつないでいるラインＬ₁₂とＬ₃₄、、
及びこれらの端点を含んでいる平面Γ₁がステップ６２
の間に、式（７）に従って確定される。

【００３９】ステップ６２の後、ステップ６４が実行さ
れ、図１のマニピュレーター１８′の側面ｃ₃と関連し
てる一対のラインＬ₁₂′及びＬ₃₄′と平面Γ₁′の各々
が、ラインＬ₁₂及びＬ₃₄と平面Γ₁がステップ６２の間
に確定される方法と類似な方法で確定される。次に、ス
テップ６６が実行され、平面Γ₁及びΓ₁′が交差してい
るラインを表わしているラインＬが、式（１２）及び
（１３）を使用して確定される。その後、このラインＬ
がラインＬ₁₃及びＬ₂₄の各々とそれぞれ交差している点
を表わしている点Ｑ₁及びＱ₂が、ステップ６８の間に式
（１４）及び（１５）を使用して確定される。次に、ス
テップ７０が実行され、ラインＬがラインＬ₁₃′及びＬ
₂₄′の各々とそれぞれ交差している点を表わしている点
Ｑ₁′及びＱ₂′が、ステップ６８の間に点Ｑ₁及びＱ₂が
確定された方法と類似な方法で確定される。

【００４０】一旦、点Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₁′及びＱ₂′が確定
されると、続いてステップ７２の間に、式（１５）及び
（１６）に従って確定された線分Ｑ₁Ｑ₂及びＱ₁′Ｑ₂′
が交差するか否かについての検査がなされる。もし、こ
れらのベクトルが交差することが見い出されると、抵触
状態がステップ７４の間に通信され、そうでない場合に
は、非抵触状態がステップ７６の間に通信される。図８
のルーチンによって、それぞれ、マニピュレーター１８
及び１８′の側面ａ₁及びｃ₃が交差するか否かが特に判
定される一方で、類似なルーチンが、マニピュレーター
の側面ａ₂、ａ₃及びａ₄のうちの一つがそれぞれ側面
ｃ₄、ｃ₁及びｃ₂のうちの一つと重なり合うか、即ち交
差するか否かを判定するために使用可能である。

【００４１】以上に説明した如く、マニピュレーター１
８及び１８′は、それらの対応する側面ａ₁、ａ₂、ａ₃
及びａ₄と側面ｃ₃、ｃ₄、ｃ₁及びｃ₂がそれぞれ交差す
るときに抵触する。更に、もし一方のマニピュレーター
が他方のマニピュレーターに接続されているケーブル２
２と交差しようとすると、マニピュレーター１８及び１
８′がやはり抵触する。この種の抵触は、図８のサブ・
ルーチン中には特に扱われていないが、このルーチンは
そのような抵触を検出するように簡単に改変することが
可能である。そうするには、ケーブル２２と平行なマニ
ピュレーター１８及び１８′の各々の一対の側面の各々
の長さの値が、この場合ではケーブル２２とこれに平行
なマニピュレーターの側面の物理的な長さの和を表わす
ように増大される。

【００４２】図７に関して既に説明したように、それ以
外でも、図４のマニピュレーター１８及び１８′それぞ
れの個々の側面ａ₁、ａ₂、ａ₃及びａ₄と側面ｃ₃、ｃ₄、
ｃ₁及びｃ₂との間に交差が見い出されるとき、マニピュ
レーターの一方或いは双方の動き計画が改変されなけれ
ばならない。マニピュレーター１８及び１８′の動き計
画を改変するための一つの実行可能なアプローチは、軌
跡、即ち、図９に図示されているような各マニピュレー
ターの進路を改変することである。もし、マニピュレー
ター１８及び１８′の双方が、オペレータが選定したそ
れらの当初の進路（実線で示されている進路）に沿って
進行するとすれば、それらマニピュレーターが、それら
の側面ａ₁とｃ₃がそれぞれ何らかの時点で交差するよう
に抵触することとなる。しかし、マニピュレーター１８
及び１８′の各々の軌跡が、それぞれ左と右へオフセッ
トされ、その結果、マニピュレーター１８及び１８′が
破線と一点鎖線で表わされている軌跡に沿って進行する
とすれば、抵触は起こらない。

【００４３】マニピュレーター１８及び１８′の各々の
各軌跡がオフセットされなければならない度合いは、そ
うしないとそれらが抵触するときにおける、それらマニ
ピュレーターの相対位置から決められる。例えば、も
し、Ａで示されているマニピュレーター１８の中心が、
Ｃで示されているマニピュレーター１８′の中心の左に
ある場合には、抵触を回避するために、それらの各々に
関連するケーブル２２の間には抵触が無いものとして、
マニピュレーターの各々はそれぞれ左方と右方に偏移さ
れなければならない。

【００４４】抵触を回避するためにマニピュレーター１
８及び１８′が左と右にオフセットされなければならな
い度合いは、それぞれ距離ｄ₁及びｄ₂で表わされてお
り、これらはマニピュレーター１８の側面ａ₁のコーナ
Ｑ₁及びＱ₂と、マニピュレーター１８′の側面ｃ₃のコ
ーナＱ₁′及びＱ₂′の位置を知ることによって決定する
ことができる。距離ｄ₁及びｄ₂の絶対和は、もし抵触が
回避されるべきであれば、Ｑ₁′とＱ₂′間の距離Ｄと等
しくなければならない。オフセットの距離ｄ₁及びｄ₂の
各々は、一対の項ｒ₁及びｒ₂の各々によって、次式（１
７）及び（１８）のように定義することができる。

【数１７】 （１７）

【数１８】 （１８）

【００４５】ここで、ｒ₁及びｒ₂は、マニピュレーター
１８及び１８′が進行する元の進路の長さであるｓ₁及
びｓ₂によって、次式（１９）及び（２０）のように定
義することができる。

【数１９】 （１９）

【数２０】 （２０）

【００４６】ここで、ｓ₁及びｓ₂は、マニピュレーター
１８及び１８′の各々が、それぞれの進路に沿って進行
する元の距離である。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
もし、そのような交差（即ち、抵触）が起きるとすれ
ば、そのときは、一個または二個以上の潜在的に抵触し
ているマニピュレーターが、抵触を回避するためにその
マニピュレーターの軌跡もしくは速度を改変するか或い
はそれらの双方を改変することによって改変される方法
及び装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による、多数のマニピュレーターを持
つロボット・ワークステーションを示す斜視図である。

【図２】図１のワークステーションの一対のマニピュレ
ーターの各々によって移動される、代表的な進路部分を
表わすグラフである。

【図３】時間の関数としてプロットされた図２の進路部
分を表わすグラフである。

【図４】図１のワークステーション上の一対のマニピュ
レーターの下面を示す平面図である。

【図５】図３のプロットの一部を表わす平面を示す斜視
図である。

【図６】各々が図５に示されている平面と対応する一対
の平面の交差を示す斜視図である。

【図７】図１のロボット・ワークステーションの一対の
マニピュレーター間の交差を検出する本発明方法のステ
ップを示すフロー・チャートである。

【図８】図７のプログラム中に、特定のマニピュレータ
ーの側面が他のマニピュレーターの側面と重なり合うこ
とを確かめるために実行されるサブ・ルーチンを示すフ
ロー・チャートである。

【図９】図１のマニピュレーターの間の抵触を回避する
ために取ることができる、それらマニピュレーターの進
路の変更方法を示す略図である。

【図１０】図１の各マニピュレーターに対する任意の軌
跡を示す略図である。

【図１１】図１のマニピュレーター間で起こり得る四つ
の抵触状態のうちの、第一の抵触状態を示す説明図であ
る。

【図１２】図１のマニピュレーター間で起こり得る四つ
の抵触状態のうちの、第二の抵触状態を示す説明図であ
る。

【図１３】図１のマニピュレーター間で起こり得る四つ
の抵触状態のうちの、第三の抵触状態を示す説明図であ
る。

【図１４】図１のマニピュレーター間で起こり得る四つ
の抵触状態のうちの、第四の抵触状態を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ ロボット・ワークステーション １２ フレーム １４ プラテン・テーブル １６ シェルフ １７ 物品 １８ マニピュレーター １８′マニピュレーター ２０ 原動機 ２２ ケーブル ２４ 駆動電子ユニット（ＤＥＵ） ２６ 汎用ディジタル・コンピューター ２８ 匡体 ３０ ｚ軸アクチュエーター ３２ 真空吸引装置 ３４ 部品 ３６ パーツ・フィーダー ３８ 配列ネスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｓ 7828−3Ｈ Ｐ 7828−3Ｈ (72)発明者 ニエン−フア チヤオ アメリカ合衆国 07950 ニユージヤージ ー モリス プレインス、モレイン ロー ド 60 (72)発明者 リ ヤング アメリカ合衆国 08807 ニユージヤージ ー ブリツジ ウオーター、ストーニ ブ ルツク ドライブ 553

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ユーザが特定した動き計画の下で、ｘ−ｙ
   平面内を一定の速度で且つ一定の方向（無回転）に独立
   に直線進路に沿って移動可能な複数の側面を持つ複数の
   マニピュレーターの各々の運動を、それらマニピュレー
   ター間の抵触を回避するために制御する方法において、 （ａ）各マニピュレーターの独立した側面が、各マニピ
   ュレーターがそのマニピュレーターのユーザが特定した
   動き計画を実行するとき、マニピュレーター間の抵触を
   検出するために、他のマニピュレーターの各側面のうち
   の対応する側面と接するか否かを調べるステップと、 （ｂ）その側面が他のマニピュレーターの対応する側面
   と接することが見い出された各マニピュレーターの動き
   計画を改変し、その結果、そのようなマニピュレーター
   に対する改変された動き計画が実行されるときに、接触
   ひいては抵触が起きないようにするステップと、 （ｃ）抵触を回避するために改変され、その結果、他の
   マニピュレーターがその動き計画を実行する間、待機さ
   せられるマニピュレーターが存在しなくなる、動き計画
   を含み、各マニピュレーターの動き計画を実行するステ
   ップ、とを有することを特徴とする複数のマニピュレー
   ターに対する動き制御方法。
2. 【請求項２】マニピュレーターの側面の接触を調べるス
   テップが、 （ａ）各マニピュレーターの各側面について、前記マニ
   ピュレーターが先にプログラムされている動き計画を実
   行するとき、その側面が横断する部分を確認するステッ
   プと、 （ｂ）各マニピュレーターの各側面及び他の各マニピュ
   レーターの対応する側面について、それらの横断部分が
   共通な領域を持つか否かを判定するステップと、 （ｃ）何れか二つのマニピュレーターの側面のうちの何
   れかが、完全に同一時点においてそのような共通領域の
   同一部分を占め、マニピュレーター間で幾らかの実際の
   抵触を生じるか否かを判定するために、そのような共通
   な領域を調べるステップ、とによってなされることを特
   徴とする、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】その側面のうちの一つが他のマニピュレー
   ターの対応する側面と接触していることが見い出され
   た、一対のマニピュレーターのうちの各個に対する動き
   計画が、マニピュレーターの軌跡を変更することによっ
   て改変されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】前記マニピュレーターの軌跡が、マニピュ
   レーターの中心が、さもなければ抵触することとなる点
   において、それらマニピュレーターの中心間の距離によ
   って定まる量だけ改変されることを特徴とする、請求項
   ３記載の方法。
5. 【請求項５】その側面のうちの一つが他のマニピュレー
   ターの対応する側面と接触していることが見い出され
   た、一対のマニピュレーターのうちの各個に対する動き
   計画が、マニピュレーターの速度を変更することによっ
   て改変されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】前記マニピュレーターの速度が、進行中の
   選択された期間において、ユーザが特定した速度及び各
   々の位置に従って変更されることを特徴とする、請求項
   １記載の方法。