JPH10207928A - 物体の収納体への収納位置決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体を収納体に収納する際に、常に効率良く
収納し得る物体の収納配置位置決定方法を提供する。 【解決手段】 容器内に収納する物品１を包含する第１
直方体空間11を求め、これを第１小領域12に分割すると
ともに第１小領域12を複数個合わせた第１小空間を求
め、容器の空き空間内においても、第１直方体空間11と
同じ大きさの第２直方体空間、第２小領域および第２小
空間を求め、物品が存在する第１小領域12の情報に基づ
き第１小空間での物品の幾何的特徴量を算出するととも
に、同様に、第２小空間の空き部分での幾何的特徴量を
算出し、これら両幾何的特徴量の差の自乗の和を示す評
価値に基づき、最適な物品の配置状態を決定する方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元物体を容
器、倉庫などの収納体に収納する際に、できるだけ効率
良く収納し得る収納位置を決定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物品を容器に箱詰めしたり、また
荷物をコンテナに保管する場合、その配置方法は、作業
員の判断により、すなわち目視または試行錯誤により、
行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、部品
を容器に効率良く箱詰めする場合、人間の能力には限界
があり、常に、最適な配置ができるとは限らず、またそ
の配置作業には時間を要し、非効率的であるという問題
があった。

【０００４】そこで、本発明は、物体を収納体に収納す
る際に、常に効率良く収納し得る物体の収納配置位置決
定方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の物体の収納体への収納位置決定方法は、物
体を収納体に収納する際の位置決定方法であって、物体
を包含する第１直方体空間を求めるとともに、この第１
直方体空間を複数個の直方体形状の第１小領域に分割す
る工程と、上記第１直方体空間の第１小領域の内、物体
が存在する第１小領域に所定の符号を与える工程と、上
記第１直方体空間の第１小領域を複数個合わせてなる直
方体形状の第１小空間を求める工程と、上記第１小空間
において、上記所定の符号が与えられた第１小領域の情
報に基づき幾何的特徴量を求める工程と、収納体の空き
空間内の所定位置に、上記第１直方体空間と同じ大きさ
の第２直方体空間を求めるとともに、この第２直方体空
間を複数個の直方体形状の第２小領域に分割する工程
と、上記第２直方体空間の第２小領域の内、物体が存在
しない第２小領域に所定の符号を与える工程と、上記第
２直方体空間の第２小領域を複数個合わせてなる直方体
形状の第２小空間を求める工程と、上記第２小空間にお
いて、上記所定の符号が与えられた第２小領域の情報に
基づき幾何的特徴量を求める工程と、上記第２直方体空
間を、上記収納体の空き空間内の所定位置とは異なる位
置に順次配置して、それぞれ第２小空間の幾何的特徴量
を求める工程と、上記第１小空間の幾何的特徴量と、収
納体の空き空間内の異なる位置でそれぞれ求められてか
つ第１小空間に対応する第２小空間の幾何的特徴量とに
基づき、互いの重なり程度を示す評価値を求める工程
と、上記求められた評価値が最も優れた配置状態を、収
納体への収納位置とする方法である。

【０００６】また、上記の収納位置決定方法における幾
何的特徴量として、小空間内での物体が占める小領域の
容積割合、小空間内での物体が占める小領域の表面積割
合、小空間内での物体が占める小領域の容積と小空間内
での物体が占める小領域の表面積との割合、および小空
間内の物体の重心位置を用いる方法である。

【０００７】さらに、上記の各収納位置決定方法におけ
る評価値として、第１小空間における幾何的特徴量とそ
れに対応する第２小空間における幾何的特徴量との差の
自乗の和を用いる方法である。

【０００８】上記構成によると、物体を包含する直方体
空間を考えるとともに、この直方体空間を小領域に細分
割するとともに小領域を複数個合わせた小空間を定義
し、小空間における物体が存在する小領域の情報に基づ
き幾何的特徴量を算出し、これと同じ直方体空間を収納
体内の空間に配置するとともに、同様に小空間の物体の
幾何的特徴量を算出し、これら幾何的特徴量の差の平方
の和により示される評価値に基づき、最も効率の良い物
体の配置状態を求めるようにしているので、無駄なく、
物体を収納体に配置することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の物体の収納体への
収納位置決定方法における実施の形態について、図１〜
図７に基づき説明する。

【００１０】図１は、収納体例えば容器内に収納される
三次元物体１の斜視図を示し、また図２は、この三次元
物体１を収納するための任意形状の容器２の概略構成を
示す斜視図である。

【００１１】以下、上記三次元物体（以下、単に物品と
いう）１を容器２に収納するための収納位置決定方法
を、主として、図５〜図７に示すフローチャートに基づ
き説明する。

【００１２】なお、この収納位置決定方法は、図示しな
いが、物品１および容器２の形状を認識するとともに、
これらの形状データに基づき、種々の演算、比較などの
処理を行うプログラムが組み込まれたコンピュータ装
置、およびその演算結果を出力する出力装置（例えば、
モニター、プリンタなど）を有する収納位置決定システ
ムが使用される。

【００１３】また、この収納位置決定システムには、例
えば収納する物品１の形状データを自動的に読み取る三
次元物体認識装置などが具備されていてもよく、また物
品の形状がデータとして予め存在する場合には、この形
状データを、コンピュータ装置の外部記憶装置に入力し
ておく。なお、この外部記憶装置に、収納するための容
器２の形状データを、予め、読み込んでおく。

【００１４】さらに、上記コンピュータ装置には、三次
元物体の形状処理用ソフトウエアが組み込まれており、
後述する各演算処理を行うためのメモリ（主メモリ）お
よび演算処理部が具備されている。

【００１５】以下、具体的に、配置位置決定方法を、図
１〜図４、および図５〜図７のフローチャートに基づき
説明する。まず、物品１の形状を特定するための最小単
位となる小領域のサイズ（縦，横，高さ）および物品１
の配置を決定する際の判断基準となる小空間のサイズ
（縦，横，高さ）を決定する（ステップ１）。次に、容
器２の収納用空間の形状および収納すべき全ての物品の
外側形状を、例えば三次元物体認識装置などにより計測
するとともに、これらの形状を、コンピュータ装置で処
理ができるように、サーフェスモデルまたはソリッドモ
デルなどにより表現し、そしてこれらの各形状データを
ハードディスクなどの外部記憶装置に、識別記号を付け
て保存する（ステップ２）。

【００１６】勿論、これらの形状データが、予め、分か
っている場合には、その形状データをコンピュータ装置
の外部記憶装置に予め記憶させておけばよい。次に、収
納する物品１を１つ選択して、この物品１に該当する形
状データを、外部記憶装置からコンピュータ装置のメモ
リ上に読み込み、そして図１に示すように、その物品１
を包含する第１直方体空間１１を計算により求め（定義
し）、この第１直方体空間１１のサイズデータを識別記
号を付けて、外部記憶装置に保存する（ステップ３）。

【００１７】次に、この第１直方体空間１１を、直方体
形状（立方体形状も含む）の第１小領域１２に細分割し
（定義し）、物品１が存在する第１小領域１２Ａに所定
のデータ、例えば「１」を入れる（ステップ４）。な
お、物品１が存在しない第１小領域１２Ｂには、「０」
が入れられる。

【００１８】次に、図３に示すように、この第１直方体
空間１１を、縦，横，高さ方向に数分割して、第１小領
域１２を数十〜数百個含むような複数個の第１小空間１
３を再定義する（ステップ５）。

【００１９】次に、第１直方体空間１１の第１小空間１
３毎に、「１」のデータが入っている第１小領域１２Ａ
の情報すなわち位置および形状データに基づき、第１小
空間１３全体に対する体積比、表面積比、表面積／体
積、および重心位置の幾何学的特徴量（後述する）を求
め、識別記号を付けて外部記憶装置に保存する（ステッ
プ６）。

【００２０】そして、上記ステップ３〜ステップ６まで
の演算処理を、収納すべき全ての物品について繰り返し
て行う（ステップ７）。次に、容器２に収納配置する物
品１を１つ選択し、その物品１の幾何学的特徴量および
その第１直方体空間１１のサイズデータを、外部記憶装
置からメモリ上に読み込む（ステップ８）。

【００２１】次に、容器２の形状データをメモリに読み
込む。なお、この容器２内に、すでに物品が配置されて
いる場合には、その物品についての配置状態（位置デー
タおよび角度データ）についても読み込む（ステップ
９）。

【００２２】次に、図２に示すように、選択した物品１
を容器２内に配置する配置状態（位置データおよび角度
データ）を１つ仮定し、この配置状態に応じて、第１直
方体空間１１と同じサイズの第２直方体空間２１を定義
する（ステップ１０）。

【００２３】次に、上記第２直方体空間２１を、第１直
方体空間１１の場合と同様に、多数の第２小領域２２に
細分割し（定義し）、物品が存在しない第２小領域２２
に所定のデータとして「１」を入れる（ステップ１
１）。

【００２４】なお、このとき、第２直方体空間２１の一
部が、容器２の外に出た場合には、その部分の第２小領
域２２には、「０」のデータが入れられる。次に、上記
第２直方体空間２１を、第１直方体空間と同じ間隔で、
縦，横，高さ方向に数分割して、第２小空間２２を、数
十〜数百個含むような複数個の第２小空間２３を再定義
する（ステップ１２）。

【００２５】次に、第２直方体空間２１の第２小空間２
３について、「１」のデータが入っている第２小領域２
２の情報すなわち位置および形状データに基づき、体積
比、表面積比、表面積／体積、重心位置の幾何学的特徴
量（後述する）を求める（ステップ１３）。

【００２６】次に、第１直方体空間１１内と第２直方体
空間２１内とで、同じ位置関係にある小空間１３，２３
同士で、それぞれの幾何学的特徴量を比較する評価式
（後述する）により評価値Ｅを求める（ステップ１
４）。

【００２７】次に、収納すべき物品１の配置状態、すな
わち位置および角度（方向）を容器２内で変化させる
（ステップ１５）。そして、容器２内での物品１の配置
状態を、全て探索したかどうかを判断する（ステップ１
６）。

【００２８】この判断において、「No」である場合に
は、再度、ステップ１１〜１５が繰り返され、そして
「Yes 」である場合には、ステップ１７に進む。すなわ
ち、ステップ１４で求められた、物品１の各配置状態に
対して求められた評価値Ｅの中から、最も評価の良い
（例えば評価値が最も「０」に近い）配置状態（配置
案）を選択して、その配置状態（位置および角度）でも
って物品１を配置する（ステップ１７）。

【００２９】次に、ステップ１７で配置された物品１を
含んだ状態での容器２の形状データ、すなわちサーフェ
スモデルまたはソリッドモデルをコンピュータ装置によ
り、自動的に作成して、外部記憶装置に識別記号を付け
て保存する（ステップ１８）。

【００３０】そして、ステップ１９では、容器２に配置
する物品１がさらにある場合（「No」である場合）に
は、ステップ８に戻る。このとき、外部記憶装置から読
み込まれる容器の形状データは、ステップ１８で保存さ
れた、既に配置された物品１を含んだデータとされる。

【００３１】以下、ステップ９〜ステップ１８までが繰
り替えし実行され、配置する物品１が無くなった場合
（「Yes 」である場合）に、上記演算処理が終了され
る。なお、上記ステップ１８において、評価値が最も良
い配置案にて、物品を容器内に配置する際の物品の重心
位置は、小空間の重心位置を求める場合と同様の方法に
て求められる。

【００３２】次に、上記ステップ６および１３にて説明
した幾何学的特徴量について説明する。ここでは、幾何
学的特徴量として、小空間内での物品が占める小領域の
容積割合（α）、小空間内での物品が占める小領域の表
面積割合（β）、小空間内での物品が占める小領域の容
積と小空間内での物品が占める小領域の表面積との割合
（γ）、および小空間内での物品の重心位置（Ｘ，Ｙ，
Ｚ座標）が用いられる。なお、この重心位置について
は、小空間の各座標軸での長さにより無次元化された値
（λ）が用いられる。

【００３３】なお、小空間内での物品が占める小領域の
表面積は、例えば任意の１個の小領域の全周囲に配置さ
れた２６個（縦３列×横３列×高さ３列＝２７個から中
心部に位置する１個を減じた個数）の小領域の中に、
「０」のデータが入っている小領域が１個でもあれば、
その中心に位置する小領域は、表面に存在するものとみ
なすことができ、このような小領域の個数をカウントす
ることにより、物品の表面積を求めることができる。

【００３４】以下、各幾何的特徴量を具体的に示す。
α，β，γは、下記の(1) 〜(3) 式にて表される。

【００３５】

【数１】

【００３６】また、重心位置（Ｘ_gn，Ｙ_gn Ｚ_gn）につ
いては、下記の(4) 〜(6) 式にて表される。

【００３７】

【数２】

【００３８】上記(4) 〜(6) 式中、小領域（ｉ，ｊ，
ｋ）の値としては、物品がない領域の場合には、「０」
とされ、物品がある領域の場合には、「１」とされる。
また、図４に示すように、(4) 〜(6) 式中、Ｘ_ijk は小
空間ｎの座標系における小領域（ｉ，ｊ，ｋ）の中心の
Ｘ座標を示し、Ｙ_ijk は小空間ｎの座標系における小領
域（ｉ，ｊ，ｋ）の中心のＹ座標を示し、Ｚ_ijk は小空
間ｎの座標系における小領域（ｉ，ｊ，ｋ）の中心のＺ
座標を示し、小領域（ｉ，ｊ，ｋ）は、小空間ｎ内のＸ
方向でｉ番目、Ｙ方向でｊ番目、Ｚ方向でｋ番目に位置
するものを示し、ΣΣΣは、小空間ｎ内の全ての小領域
を対象にする、ということを示している。

【００３９】さらに、重心位置を無次元化した値
（λ_xn，λ_yn，λ_zn）については、下記の(7) 〜(9) 式
にて表される。

【００４０】

【数３】

【００４１】上記(7) 〜(9) 式中、ｄ_xnは、小空間ｎの
ｘ方向の長さを示し、ｄ_ynは、小空間ｎのｙ方向の長さ
を示し、ｄ_znは、小空間ｎのｚ方向の長さを示してい
る。

【００４２】また、第１直方体空間における物品と第２
直方体空間における空き空間との重なり程度を示す評価
値Ｅは、下記の(10)式にて表される。

【００４３】

【数４】

【００４４】上記(10)式中、 ａ：直方体空間内の小空間のｘ方向位置を表す添え字 ｂ：直方体空間内の小空間のｙ方向位置を表す添え字 ｃ：直方体空間内の小空間のｚ方向位置を表す添え字 （ ）₁ ：第１直方体空間に関する特徴量 （ ）₂ ：第２直方体空間に関する特徴量 ところで、上記評価値Ｅに基づき選択された配置状態で
の物品の重心位置（Ｘ _G ，Ｙ_G ，Ｚ_G ）は、上述した
(7) 〜(9) 式と同じ考え方にて求めることができると説
明したが、具体的には、Ｘ_G については、(7) 式で求め
た各小空間(i) のＸ_gnに直方体空間の座標系における小
空間（ｉ）の座標原点のＸ座標値を加えた値に、小空間
内の「１」が入れられた小領域の個数を掛けた値の合計
を、その直方体空間内で「１」が入っている小領域の総
個数で割ることにより得られる。Ｙ _G およびＺ_G につい
ても、同様に得られる。

【００４５】上述したように、複数個の任意の形状の物
品を任意の形状の容器内に配置する際に、容器と収納す
べき各物品の形状を、三次元形状データとして把握して
おき、この物品を包含する第１直方体空間を求め、この
第１直方体空間を第１小領域に細分割するとともに第１
小領域を複数個合体させた第１小空間を定義し、そして
これと同じサイズの第２直方体空間を容器内に定義し、
この第２直方体空間について、第１直方体空間と同様
に、第２小領域および第２小空間を定義し、上記物品全
体および物品の一部が含まれる第１小領域並びに他の物
品を含まない第２小領域に「１」のデータを付与し、こ
れら付与されたデータ、小領域のサイズデータなどの情
報に基づき両直方体空間における小空間内の物品の幾何
的特徴量をそれぞれ算出するとともに、両直方体空間に
おける小空間同士の幾何的特徴量の差の自乗の和に基づ
く評価値を算出し、この評価値が最も良い配置状態を、
物品の収納位置および角度（方向）として決定するよう
にしたので、無駄なく物品を容器内に配置することがで
きる。そして、上記各演算処理をコンピュータ装置によ
り行わせることにより、迅速かつ自動的に、物品の最良
の配置状態を決定することができる。

【００４６】したがって、従来のように、人間が目視ま
たは経験に基づき、物品を配置する場合に比べて、迅速
かつ無駄なく、任意形状の容器内に、任意形状の物品を
配置することができる。

【００４７】ところで、上記実施の形態においては、収
納体として容器を説明したが、例えば荷物を倉庫に収納
配置する場合にも、適用することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、物
体を収納体に収納する際に、収納すべき物体を包含する
第１直方体空間を求め、この第１直方体空間を小領域に
細分割するとともに、この小領域を複数個合体させた小
空間を求め、これと同じサイズの第２直方体空間を収納
体内に配置し、この第２直方体空間についても小領域お
よび小空間を求め、この小空間内における物体の占有状
態を表す幾何的特徴量を算出するとともに、両直方体空
間における幾何的特徴量の差の自乗の和で表される評価
値を算出し、この評価値が最も良い配置状態を、物品の
収納位置および角度（方向）として収納するようにした
ので、従来のように、人間が目視または経験に基づき判
断する場合に比べて、無駄なく、物体を収納体に配置す
ることができる。

【００４９】しかも、上記の各演算処理を、コンピュー
タ装置にて行わせることにより、迅速にかつ自動的に、
多数の物体を、効率良く収納体内に配置することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における物品の演算処理モ
デルを示す斜視図である。

【図２】同実施の形態における物品の容器内への配置状
態を示す斜視図である。

【図３】同実施の形態における直方体空間を小空間で定
義した斜視図である。

【図４】同実施の形態における小領域と小空間との関係
を示す斜視図である。

【図５】同実施の形態における物品の配置状態の決定方
法の手順を示すフローチャートである。

【図６】同実施の形態における物品の配置状態の決定方
法の手順を示すフローチャートである。

【図７】同実施の形態における物品の配置状態の決定方
法の手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 物品 ２ 容器 １１ 第１直方体空間 １２ 第１小領域 １３ 第１小空間 ２１ 第２直方体空間 ２２ 第２小領域 ２３ 第２小空間

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年３月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】上記(10)式中、 ａ：直方体空間内の小空間のｘ方向位置を表す添え字 ｂ：直方体空間内の小空間のｙ方向位置を表す添え字 ｃ：直方体空間内の小空間のｚ方向位置を表す添え字 （ ）₁ ：第１直方体空間に関する特徴量 （ ）₂ ：第２直方体空間に関する特徴量 ところで、上記評価値Ｅに基づき選択された配置状態で
の物品の重心位置（Ｘ _G ，Ｙ_G ，Ｚ_G ）は、上述した
(4) 〜(6) 式と同じ考え方にて求めることができると説
明したが、具体的には、Ｘ_G については、(4) 式で求め
た各小空間(i) のＸ_gnに直方体空間の座標系における小
空間（ｉ）の座標原点のＸ座標値を加えた値に、小空間
内の「１」が入れられた小領域の個数を掛けた値の合計
を、その直方体空間内で「１」が入っている小領域の総
個数で割ることにより得られる。Ｙ _G およびＺ_G につい
ても、同様に得られる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体を収納体に収納する際の位置決定方法
   であって、物体を包含する第１直方体空間を求めるとと
   もに、この第１直方体空間を複数個の直方体形状の第１
   小領域に分割する工程と、上記第１直方体空間の第１小
   領域の内、物体が存在する第１小領域に所定の符号を与
   える工程と、上記第１直方体空間の第１小領域を複数個
   合わせてなる直方体形状の第１小空間を求める工程と、
   上記第１小空間において、上記所定の符号が与えられた
   第１小領域の情報に基づき幾何的特徴量を求める工程
   と、収納体の空き空間内の所定位置に、上記第１直方体
   空間と同じ大きさの第２直方体空間を求めるとともに、
   この第２直方体空間を複数個の直方体形状の第２小領域
   に分割する工程と、上記第２直方体空間の第２小領域の
   内、物体が存在しない第２小領域に所定の符号を与える
   工程と、上記第２直方体空間の第２小領域を複数個合わ
   せてなる直方体形状の第２小空間を求める工程と、上記
   第２小空間において、上記所定の符号が与えられた第２
   小領域の情報に基づき幾何的特徴量を求める工程と、上
   記第２直方体空間を、上記収納体の空き空間内の所定位
   置とは異なる位置に順次配置して、それぞれ第２小空間
   の幾何的特徴量を求める工程と、上記第１小空間の幾何
   的特徴量と、収納体の空き空間内の異なる位置でそれぞ
   れ求められてかつ第１小空間に対応する第２小空間の幾
   何的特徴量とに基づき、互いの重なり程度を示す評価値
   を求める工程と、上記求められた評価値が最も優れた配
   置状態を、収納体への収納位置とすることを特徴とする
   物体の収納体への収納位置決定方法。
2. 【請求項２】幾何的特徴量として、小空間内での物体が
   占める小領域の容積割合、小空間内での物体が占める小
   領域の表面積割合、小空間内での物体が占める小領域の
   容積と小空間内での物体が占める小領域の表面積との割
   合、および小空間内の物体の重心位置を用いることを特
   徴とする請求項１記載の物体の収納体への収納位置決定
   方法。
3. 【請求項３】評価値として、第１小空間における幾何的
   特徴量とそれに対応する第２小空間における幾何的特徴
   量との差の自乗の和を用いたことを特徴とする請求項１
   または２に記載の物体の収納体への収納位置決定方法。