JPH1034576A - マルチロボットシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源投入時等に、複数のロボットがお互いの
衝突を回避しながら作業原点に復帰することができるマ
ルチロボットシステムを提供する。 【解決手段】 各ロボットの現在位置及び作業原点を中
心としてロボット占有象限を定義し、予めパターンとし
て記憶しておいたロボット占有象限の交差状態とその交
差状態の解き方との対応関係に基づいて、各ロボットを
原点に復帰させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板の検
査、プリント基板上への部品の装着、電子装置の組立等
に使用されるロボットが一定領域内に複数台ある場合
に、各ロボットが衝突を回避しながら動作するマルチロ
ボットシステムに関するものであり、詳しくは、衝突を
回避しながら各ロボットを作業原点に復帰させることが
できるマルチロボットシステムに係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は、複数のロボットが同時に一定領
域内を動作する場合は、例えば、特願平６−１６２５２
号公報に開示されているような方法によって、ロボット
どうしの衝突を防止している。

【０００３】この場合、各ロボットは、図３１に示すよ
うに、基台部５０に設けた一対のアームを基本構造とし
た水平多関節ロボットであり、その構造は基台部５０と
一対のアーム５１Ａ、５１Ｂと作業用ヘッド５２Ａ、５
２Ｂと制御部５３とからなる。

【０００４】基台部５０は、一対のアーム５１Ａ、５１
Ｂの基軸となるものであり、第１回動モータ５４Ａ、５
４Ｂとギヤボックス５５Ａ、５５Ｂとから構成されてい
る。

【０００５】アーム５１Ａ、５１Ｂは、基台部５０を基
軸として水平方向に回動自在に連結した第１アーム５６
Ａ、５６Ｂと、この第１アーム５６Ａ、５６Ｂを介して
水平方向に回動自在な第２アーム５７Ａ、５７Ｂとから
構成されている。

【０００６】作業用ヘッド５２Ａ、５２Ｂは、第２アー
ム５７Ａ、５７Ｂの先端に設けてあり、第２アーム５７
Ａ、５７Ｂに対して下側に垂直方向に延設された回転軸
５８Ａ、５８Ｂに係合係止され、先端部に先端ピン５９
Ａ、５９Ｂを設けた構造となっている。

【０００７】ここで、先端ピン５９Ａ、５９Ｂは、回転
軸５８Ａ、５８Ｂに対して軸心をずらして配設されてお
り、被対象物上において回転軸５８Ａ、５８Ｂが回転す
ると、先端ピン５９Ａ、５９Ｂの先端は円の軌跡を描く
構造となっている。

【０００８】このようにして、例えば、一対のアーム５
１Ａ、５１Ｂの先端に設けた作業用ヘッド５２Ａ、５２
Ｂが向き合った場合には、先端ピン５９Ａ、５９Ｂの先
端が指す位置が衝突しない距離となっている。

【０００９】このような構造からなる水平多関節ロボッ
トにおける作業用ヘッド５２Ａ、５２Ｂは、第１アーム
５６Ａ、５６Ｂ及び第２アーム５７Ａ、５７Ｂの水平方
向の回動により基台部５０からの距離を調整すると共
に、回転軸５８Ａ、５８Ｂによって適宜回転して目的と
する位置方向に動くことができる。尚、詳細は上記公報
を参照されたい。

【００１０】一方、一対のアーム５１Ａ、５１Ｂ及び５
１Ｃ、５１Ｄからなる多関節ロボットは、図３２に示す
ように、向かい合わせて対向位置に配設し、制御部５３
で各々のアーム５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄの回動
量を制御して、各作業用ヘッド５２Ａ、５２Ｂ、５２
Ｃ、５２Ｄが衝突しないようにしたものである。即ち、
１つの制御部がロボットのそれぞれのアームを駆動する
モータの回動を制御し、これによって各アームの可動範
囲が制限され、一定領域内で動作するアームどうしの衝
突が回避されている。

【００１１】上記の他にも、従来、ロボットの衝突を回
避する種々の方法が提案されている。例えば、特開昭５
９−１２９６９１号公報に開示されている方法では、複
数のロボット間で重複する同一の作業領域を干渉領域と
して予め定義する。

【００１２】そして、干渉領域の上方に設けた視覚装置
から時々刻々送られてくる映像情報によって、干渉領域
内にロボットが存在するか否かを判断し、あるロボット
が存在する時は、その旨を告げる信号を他のロボットに
対して出力することにより他のロボットを干渉領域内に
進入させないようにする。

【００１３】視覚装置から送られてくる映像情報によ
り、ロボットが干渉領域から退出したことを検出したと
きは、その旨を示す信号を他のロボットに送出すること
により、他のロボットが干渉領域に進入することを許容
する。

【００１４】また、特開平４−１９０８４号公報に開示
されている方法では、予めロボットの作動領域を決めて
おき、アームや関節が作動領域内からはみ出ないよう制
御することにより、衝突を防止している。

【００１５】しかしながら、各アームの駆動を直接制御
して各作業用ヘッドの衝突を回避する手法では、各アー
ムの作業用ヘッドの先端ピンの衝突まで完全に回避する
とすれば、各アームの動作がかなり制限される上に、ロ
ボットどうしの衝突、即ち、作業用ヘッドの先端ピンど
うしの抵触及び衝突を完全に回避することは容易ではな
かった。

【００１６】又、ロボットの台数が増えるとアームの動
作が更に著しく制限され、全てのロボットを効率良く動
作させることに限界があった。

【００１７】一方、前述の特開昭５９−１２９６９１公
報に開示されている方法では、視覚装置を使用し、画像
処理によって干渉領域への進入と退出の検知を行うた
め、処理が複雑で時間もかかる。又、視覚装置等の多く
の設備を必要とし、費用もかかる。

【００１８】又、特開平４−１９０８４号公報に開示さ
れている方法によれば、カメラ等の設備が不要となるた
め、費用は削減できるが、作動領域が前もって決められ
ているため、動作が制限されてしまう。

【００１９】上述のような不都合を回避するため、本出
願人は、特願平７−２５３００８において「マルチロボ
ットシステム」を開示した。このマルチロボットシステ
ムでは、ロボットを駆動する前に次の作業位置（与点）
の各ロボットへの割り付けを試み、この与点を頂点とし
てＸ軸及びＹ軸にそれぞれ平行な２本の直線に囲まれた
領域を予め定義する。この領域をロボット占有象限と呼
んでいる。そして、ロボット占有象限が重なる（交差状
態にある）ときは、ロボットどうしは衝突の可能性が高
いと判断して再度別の与点の割り付けを試みるものであ
る。

【００２０】このようにして各ロボットに与点を割り付
け、交差状態のない割り付け方を決定してから各ロボッ
トを駆動することによって、事前に衝突を回避すること
ができるのである。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平７−２５３００８において開示したマルチロボット
システムでは、次に移動しようとする位置を与点とし、
この与点を頂点としてロボット占有象限を定義すること
によって衝突の可能性を判定するため、将来の衝突を回
避することはできるが、電源投入時に各ロボットが作業
原点になく、現在位置において既に交差状態にあるとき
は、これを各ロボットの作業原点に戻す手段を有してい
ない。

【００２２】従って本発明は、電源投入時等にロボット
占有象限どうしが重なっているときに、ロボットどうし
が衝突することなく、作業原点に戻ることができるよう
にする手段を提供することに課題を有している。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るマルチロボットシステムは、所定作業
領域内において、作業領域と一定距離を維持した水平動
作を行うアームと、アームの先端にアームの水平動作に
対して垂直動作を行う作業用ヘッドとを備えた少なくと
も２台のロボットからなり、各ロボットの現在位置及び
作業原点を中心としてアームと作業用ヘッドを含むロボ
ット占有象限を定義し、予めパターンとして記憶してお
いたロボット占有象限の交差状態とその交差状態の解き
方との対応関係に基づいて、各ロボットを作業原点に復
帰させるようにしたことを特徴とするものである。

【００２４】このようにしたことにより、複数のロボッ
トが相互に衝突することなく現在位置から作業原点に移
動することができるようになる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明に係るマルチロボットシス
テムの望ましい実施の形態として、プリント基板の検査
等に使用される４台の多関節ロボットを用いたマルチロ
ボットシステムについて説明する。

【００２６】マルチロボットシステムに用いられる多関
節ロボットは、基台上に一対のアームを水平方向である
Ｘ−Ｙ軸方向に制御可能なように配置し、各アームの先
端にはアームの水平方向に対して垂直方向であるＺ軸方
向に制御可能な先端ヘッドである作業用ヘッドを取り付
けた構造となっている。詳細は従来技術で示した同一出
願人の特願平６−１６２５２号公報を参照されたい。

【００２７】本発明の好適な実施の形態として、このよ
うな構造からなるロボットを４台備え、４台のＳＣＡＲ
Ａ（Selective Compliance Assembly Robot Arm）ロボ
ットを同期制御し、１つの作業域で動作させるマルチロ
ボットシステム１について説明する。

【００２８】以下、このマルチロボットシステム１につ
いて下記の順に説明する。 １．マルチロボットシステムの構成 ２．衝突回避原点復帰アルゴリズム ３．作業時の衝突回避アルゴリズム

【００２９】１．マルチロボットシステムの構成 本マルチロボットシステム１は、図１に示すように、入
力部２と、制御部３と、機構部４とから構成されてい
る。

【００３０】入力部２は、ロボットの動作位置等を制御
部３に対して指示するものであり、キーボード等から入
力する構成になっている。

【００３１】制御部３は、ロボットのアームの動作を制
御するもので、図２に示すように、入力部２からの指示
によりロボットの動作位置（与点）を各ロボットに割り
付ける与点割付部５と、ロボットのアームに関する情報
を読み取る読み取り手段である読み取り部６と、ロボッ
トのロボット占有象限を定義するロボット占有象限定義
部１１と、ロボットの衝突の可能性を判定する衝突判定
部１３と、各ロボットの現在位置から与点までの移動距
離を計算する移動距離計算部１５と、与点の割り付けを
最終的に決定しメモリに記憶する組み合わせ決定及び記
憶部１６と、電源投入時に各ロボットを衝突なしに作業
原点に復帰させる作業原点復帰部１７と、Ｉ／Ｏインタ
フェース１８と、４個のロボットを駆動するサーボコン
トローラ２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄとを有してい
る。

【００３２】与点割付部５は、入力部２から与えられた
複数の与点を機構部４の４台のロボット１９Ａ、１９
Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄに割り当てる複数の組み合わせ、即
ち２４個のロボットコンビネーションの全てについて、
後述のように、与点の割り付けを試みるものである。

【００３３】読み取り部６は、ロボット１９Ａ、１９
Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄの状態に関するデータをＩ／Ｏイン
タフェース１８を介して読み取り、その読み取ったデー
タを、ロボット占有象限定義部１１及び作業原点復帰部
１７に提供するものである。

【００３４】ロボット占有象限定義部１１は、与点割付
部５が割り付けた与点を中心として各ロボット１９Ａ、
１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄのロボット占有象限７、８、
９、１０を定義するものである。

【００３５】衝突判定部１３は、ロボット占有象限定義
部１１によって定義した４つのロボット占有象限７、
８、９、１０に基づいて、ロボット間の衝突の可能性を
判断し、衝突の可能性のあるロボットコンビネーション
は棄却し、衝突の可能性の無いロボットコンビネーショ
ンのみを残すものである。

【００３６】移動距離計算部１５は、衝突判定部１３に
おいて衝突の可能性が無いと判定されたロボットコンビ
ネーションのみについて、ロボット１９Ａ、１９Ｂ、１
９Ｃ、１９Ｄの各作業用ヘッドの現在位置から与点まで
の移動距離を計算する。

【００３７】組み合わせ決定及び記憶部１６は、移動距
離計算部１５による計算結果に基づき、最短時間で移動
できる最適ロボットコンビネーションを最終的に決定
し、そのロボットコンビネーションを記憶するものであ
る。

【００３８】作業原点復帰部１７は、電源投入時等のよ
うにシステムの動作開始前に、全ロボットをそれらの作
業原点に自動的に復帰させる機能を有し、機構部４から
の各ロボットの状態に関する検出データに基づき、後述
する衝突回避原点復帰アルゴリズムにより各ロボットを
駆動する。

【００３９】Ｉ／Ｏインタフェース１８は、制御部３と
機構部４との間のデータの授受を行う。

【００４０】機構部４は、右手系ロボット１９Ａ及び左
手系ロボット１９Ｂを一対とするロボットと、右手系ロ
ボット１９Ｃ及び左手系ロボット１９Ｄを一対としたロ
ボットとの計４個のロボットを備えている。これら４個
のロボット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄは、それぞ
れ、対応するサーボコントローラ２５Ａ、２５Ｂ、２５
Ｃ、２５Ｄの出力信号により駆動される。

【００４１】各ロボット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９
Ｄは、基台２８Ａ、２８Ｂに一端を回動自在に結合され
た第１アーム２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと、この
第１アーム２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄのそれぞれ
の他端に回動自在に結合された第２アーム２３Ａ、２３
Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄと、第２アーム２３Ａ、２３Ｂ、２
３Ｃ、２３Ｄの各先端に回動自在に取り付けられた作業
用ヘッド２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄとからなる。

【００４２】ロボット１９Ａを例にとると、それぞれの
ロボットを形成するアームにおいては、図３に示すよう
に、第１アーム２０Ａの長さはＰ（本実施の形態におい
ては２８０mm）、第２アーム２３Ａの長さはＱ（本実施
の形態においては２７０mm）となっている。そして、第
２アーム２３Ａの先端に備えてあるツールである作業用
ヘッド２４Ａが作業域２９内で動作する各ロボットの座
標軸に対して常にα度（実施例においては４５度）の角
度を保つように第１アーム２０Ａ及び第２アーム２３Ａ
は平行リンク構造となっている。又、第２アーム２３Ａ
の先端に取り付けられる作業用ヘッド２４Ａの取り付け
軸から先端までの長さはＲ（本実施の形態においては８
０mm）となっている。

【００４３】作業用ヘッド２４Ａは、図４に示すよう
に、第２アーム２３Ａの先端に設けた回転軸２１Ａに取
り付けられている駆動部２２Ａと、駆動部２２Ａの先端
に設けた先端ピン３３Ａと、先端ピン３３Ａの状態を監
視するカメラ及びライト部３４Ａから概略構成されてい
る。

【００４４】駆動部２２Ａは、回転軸２１Ａに対して略
１５度傾斜を持たせて取り付けられており、従って、駆
動部２２Ａの先端に取り付けられている先端ピン３３Ａ
も、当然に傾斜した状態となっており、丁度ミシンの針
のようなｚ軸運動、即ち、上下運動を繰り返すことがで
きる構造となっている。ロボット１９Ａは以上のような
構造となっており、他のロボット１９Ｂ、１９Ｃ、１９
Ｄも同様の構造となっている。

【００４５】ここで、プリント基板の検査には、少なく
とも上記構造をした探針用ヘッドである作業用ヘッド２
４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄが４個必要であり、それ
ぞれは自由自在に動くようになっている。もし、図５に
示すように、４個の探針用ヘッドが同一点（図５におい
てＤ点）を指示したときは、最悪の状態であり、衝突を
起こす状態である。しかし、図４に示すように、先端ピ
ンは傾斜しており、クリアランスＷがあるので、探針ヘ
ッドが上に位置しているときは、先端ピンどうしが衝突
することはない。従って、この状態で指示点を原点とし
て４象限に分け、各ロボットがそれぞれの象限内に納ま
っていれば、この４つのロボットは干渉し合わないと判
定する。尚、実際の作業時に衝突の可能性を各象限に基
づいて判定する手法については後述する。

【００４６】以上ではプリント基板の検査をするロボッ
トについて説明したが、これに限定されることはなく、
例えば、作業用ヘッドを工夫することにより、プリント
基板への微小部品の装着、電子装置の組立、微少な箱詰
め等をするロボットに応用できることは勿論である。

【００４７】このように構成されるロボット１９Ａ、１
９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄは下記のように動作する。図６に
示すように、４個のロボット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、
１９Ｄの作業域２９の横の長さＬ、縦の長さＭとする
と、作業域２９をｘ軸及びｙ軸で表した場合の作業域の
原点（０，０）は、ロボット１９Ｂの作業原点である。
また、ロボット１９Ａ、１９Ｃ、１９Ｄの各作業原点の
座標は（Ｌ，０）、（０，Ｍ）、（Ｌ，Ｍ）である。

【００４８】ロボット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ
の動作は直線運動であり、いわゆるカム曲線を運動曲線
として用いることにより加減速を行うようになってい
る。ここで、カム曲線を運動曲線として用いることは周
知のことであるが、例えば、図７に示すように、第１の
ロボットと第２のロボットが存在する場合に、それぞれ
１ａ点、２ａ点から１ｂ点、２ｂ点に移動が指示された
時に、元の２点（１ａ点、２ａ点）を同時に出発し、１
ｂ点、２ｂ点に同時に到着するように制御する。

【００４９】この時の運動曲線がカム曲線を描くように
制御される。具体的には、第１のロボットは元の１ａ点
から時間ｔまでは徐々に加速され、時間ｔの経過後は更
に加速が加えられ、目的の１ｂ点近くになると減速して
到着する。これに対し、第２のロボットは元の２ａ点か
ら目的とする２ｂ点までほぼ同じ速度で移動する。

【００５０】次に、ロボット占有象限について説明す
る。先ず、ロボットをスケルトンモデルで考える。ここ
で、スケルトンモデルとは、ロボットアームをベクトル
で表し、実際には体積を持っているロボットを近似的に
説明するためのものである。従って、少なくともスケル
トンモデルで表して衝突していれば、明らかに衝突状態
にあると判断することができる。

【００５１】上記ロボット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１
９Ｄにはツール姿勢制御用や第２アーム動作用のリンク
が付けられているので、これらを全てベクトルで表して
衝突判断を行おうとすると、大変な処理時間が必要であ
る。

【００５２】そこで、図６に示すように、４個のロボッ
ト１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄの作業用ヘッド２４
Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄの各先端を頂点とし、Ｘ
軸、Ｙ軸にそれぞれ平行な２本の直線に囲まれた領域
７、８、９、１０を定義し、これらを「ロボット占有象
限」という。各ロボットのアーム、作業用ヘッド等は全
てこのロボット占有象限内に納まるものとする。

【００５３】このようなロボット占有象限の考え方によ
れば、マルチロボットシステムの各ロボットのロボット
占有象限どうしが重なっているとき（交差状態にあると
き）、各ロボットは衝突状態にある確率が非常に大きい
ということが言える。

【００５４】従って、ロボットどうしが衝突する可能性
を判定するには、各ロボットのロボット占有象限どうし
が重なっているかどうかにより判定すればよい。また、
ロボットどうしの衝突を回避するには、各ロボットのロ
ボット占有象限が互いに重ならないように与点を割り付
ければよいということになる。

【００５５】このロボット占有象限の重なりから衝突の
可能性を判断するという考え方によれば、衝突防止のた
めの与点の割り付け、及び、交差状態にある各ロボット
の作業原点復帰の問題において、状態判定が簡単で衝突
判定の速度も飛躍的に向上する。

【００５６】ロボット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ
のロボット占有象限を足すと３６０度になる。これは、
各ロボット占有象限の間に重なりや隙間が生じないよう
にするためであり、ロボットの台数が増えた場合でも象
限角度の総和が３６０度となるようにする。又、作業用
ヘッドやアームのリンク形状により象限の変形を余儀な
くされたとしても、象限角度の総和が３６０度になるよ
うにすればロボット占有象限として扱うことができる。

【００５７】２．衝突回避原点復帰アルゴリズム ２．１．概要 マルチロボットシステム１において、電源投入時に各ロ
ボットがそれぞれ作業原点にいないときは、何らかの方
法で各ロボットをそれぞれの作業原点に戻さなければな
らない。衝突回避原点復帰アルゴリズムは、各ロボット
を相互の衝突を回避しながら作業原点に戻すためのアル
ゴリズムである。

【００５８】電源投入時にそのときのロボットの現在位
置を頂点としてロボット占有象限を定義し、このとき既
にロボット占有象限どうしが重なっているときは、上述
のロボット占有象限を用いた衝突判定方法を用いること
はできない。そこで、ロボットどうしの交差状態を解く
過程を、ロボットどうしの相対位置座標により複数のパ
ターンに類型化し、交差状態とその交差状態の解き方を
いくつかのパターンに類型化し記憶しておく。

【００５９】このように交差状態をパターン化して記憶
しておくことにより、実際の交差状態が検出された時、
検出された交差状態が当てはまるパターンを検索し、そ
のパターンに対応する解き方で交差状態を自動的に解く
ことができる。

【００６０】２．２．ロボットの相対位置関係 衝突回避原点復帰アルゴリズムにおいては、４台のロボ
ット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄのうちの一つを基
準とし、他の３個のロボットとの相対位置関係を図８に
示すように定義する。例えばロボット１９Ａを基準と
し、ロボット１９Ｂは「隣り」、ロボット１９Ｃは「対
角」、ロボット１９Ｄは「向かい」とする。

【００６１】２．３．衝突回避原点復帰アルゴリズムの
流れ図 以下、衝突回避原点復帰アルゴリズムについて、図９の
流れ図を用いて説明する。先ず、入力部２から、各種デ
ータの設定と、始点座標の設定及び入力とが行われる
（ステップＳＴ１、ＳＴ２）。

【００６２】次に、ロボット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、
１９Ｄの各ロボット占有象限どうしの交差が無く、直接
作業原点に戻れるロボットが存在するか否かを調べ、も
し存在するならばそのロボットを作業原点に戻す（ステ
ップＳＴ３、ＳＴ４）。

【００６３】全てのロボットが作業原点に復帰している
場合は、グラフィック表示を行って終了する（ステップ
ＳＴ５、ＳＴ６）。

【００６４】しかし、一つでも作業原点に戻っていない
ロボットがあれば、次のようにロボットどうしの交差状
態を解く操作を行う。まず、ロボット１９Ａとその隣り
のロボット１９Ｂとについて、ロボットどうしが交差状
態にあるかどうかを調べ（ステップＳＴ７）、交差して
いない場合及び交差していても交差が解けない場合（ス
テップＳＴ１１）は、次のステップＳＴ１０へ飛ぶ。ま
た、交差していて交差が解ける場合には、交差を解き
（ステップＳＴ９）、ステップＳＴ３へ戻って、再び、
直接作業原点へ復帰できるロボットがあるかどうか調べ
て、あれば作業原点へ戻す。

【００６５】次に、ロボット１９Ｂとその向かいのロボ
ット１９Ｃとの間の交差の有無について上記同様の操作
を行う（ステップＳＴ１０、ＳＴ１１、ＳＴ１２）。次
に、ロボット１９Ｃとその隣りのロボット１９Ｄとの間
の交差の有無についても上記同様の操作を行う（ステッ
プＳＴ１３、ＳＴ１４、ＳＴ１５）。

【００６６】次に、ロボット１９Ｄとその向かいのロボ
ット１９Ａとの間の交差の有無について上記同様の操作
を行う（ステップＳＴ１６、ＳＴ１７、ＳＴ１８）。次
に、それぞれ対角どうしのロボット１９Ａとロボット１
９Ｃ及びロボット１９Ｂとロボット１９Ｄについて上記
同様の操作を行う（ステップＳＴ１９、ＳＴ２０、ＳＴ
２１）。

【００６７】２．４．直接、作業原点に戻れるか否かの
判定 上記流れ図のステップＳＴ３における、ロボットが直
接、作業原点に戻れるか否かの判定は下記のように行
う。

【００６８】現在位置でのロボット占有象限と、作業原
点でのロボット占有象限とを比較し、ロボット占有象限
が大きくなるほうにロボット占有象限を変形する。そし
て、現在位置でのロボット占有象限が他のロボットのロ
ボット占有象限との重なりが無く、かつ、変形後のロボ
ット占有象限も他のロボットのロボット占有象限との重
なりが無ければ、そのロボットは、直接、作業原点に戻
ることができると判定する。

【００６９】ロボット占有象限の４つの変形例を図１０
に示す。図１０（Ａ）の例では、現在位置でのロボット
占有象限が作業原点でのロボット占有象限より大きいた
め、ロボット占有象限の変形は行わない。図１０（Ｂ）
の例では、ロボット占有象限を作業原点を通る直線まで
広げる。図１０（Ｃ）、（Ｄ）の場合も同様にロボット
占有象限を広げる。

【００７０】２．５．対角状態パターンの定義 衝突回避原点復帰アルゴリズムにおいては、隣りどう
し、向かいどうし、対角どうしの各２つのロボットにつ
いて交差状態を複数のパターンに類型化しているが、そ
の場合、先ず下記のように対角状態パターンを考慮す
る。

【００７１】対角どうしの２個のロボットの各ロボット
占有象限の重なり状態（以下「対角状態」という）に
は、図１１に示すような４つのパターンがある。

【００７２】（１）対角状態パターン１ 対角状態パターン１は、図１１（Ａ）に示すように、ロ
ボット１９Ａとロボット１９Ｃの各ロボット占有象限間
に重なりがあり、かつ、アームの内側どうしが向き合っ
ている状態をいう。

【００７３】（２）対角状態パターン２ 対角状態パターン２は、図１１（Ｂ）に示すように、ロ
ボット１９Ａとロボット１９Ｃの各ロボット占有象限間
に重なりがあり、かつ、アームの外側どうしが向き合っ
ている状態をいう。

【００７４】（３）対角状態パターン３ 対角状態パターン３は、図１１（Ｃ）に示すように、ロ
ボット１９Ｂとロボット１９Ｄの各ロボット占有象限間
に重なりがあり、かつ、アームの内側どうしが向き合っ
ている状態をいう。

【００７５】（４）対角状態パターン４ 対角状態パターン４は、図１１（Ｄ）に示すように、ロ
ボット１９Ｂとロボット１９Ｄの各ロボット占有象限間
に重なりがあり、かつ、アームの外側どうしが向き合っ
ている状態をいう。

【００７６】２．６．隣りどうしのロボットの交差状態
の解き方

【００７７】隣りどうしのロボットの交差を解くには、
基本的には、ロボット占有象限の交差が解けるまで、各
ロボットをＸ軸の正方向と負方向にそれぞれ移動すれば
よい。しかし、他のロボットとの関係によって移動でき
るロボットが限定される場合がある。

【００７８】ステップＳＴ８において、隣りどうしのロ
ボットの交差状態を解くには、先ず、上記対角状態を調
べて対角状態パターン１〜４のいずれであるかを決定
し、その対角状態パターンにおけるロボット占有象限の
重なりパターンが下記のパターンのうちのどのパターン
に属するかを判定し、そのパターンの交差状態の解き方
に従ってそのロボットを移動させる。移動可能なロボッ
トが無い場合は、流れ図に示すように次のステップへ飛
ぶ。

【００７９】以下、上記隣りどうしの２個のロボット占
有象限の重なりの各種のパターンについて、その交差を
解く方法を、ロボット１９Ａとロボット１９Ｂとの場合
について説明する。なお、他の隣りどうしのロボットに
ついても同様の論理が適用されている。

【００８０】２．６．１ 対角無しの場合 対角の２個のロボットの各ロボット占有象限に重なりが
無い場合を「対角無し」ということにする。対角無しの
場合の、隣りどうしの重なりパターンは図１２、図１
３、図１４に示すように１３個の「隣り、対角無しパタ
ーン１〜１３」に分類される。

【００８１】「隣り、対角無しパターン１」の場合は、
図１２（Ａ）に示すように、ロボット１９Ａとロボット
１９Ｂの各ロボット占有象限は重なっていないので、次
のステップへ進む。

【００８２】「隣り、対角無しパターン２」の場合は、
図１２（Ｂ）に示すように、ロボット１９Ａとロボット
１９Ｂの各ロボット占有象限は互いに重なり、かつ、ロ
ボット１９Ｃとロボット１９Ｄとは各ロボット占有象限
間の重なりが無いので、ロボット１９Ａを右へ、あるい
は、ロボット１９Ｂを左へ移動させることにより重なり
を解く。

【００８３】「隣り、対角無しパターン３」の場合は、
図１２（Ｃ）に示すように、ロボット１９Ａを右へ移動
させると、ロボット１９Ｄと衝突する可能性があるので
移動することができない。しかし、ロボット１９Ｂは、
ロボット１９Ｃ、ロボット１９Ｄとのロボット占有象限
の重なりが無いので、ロボット１９Ｂを左へ移動するこ
とによってロボット占有象限の重なりを解く。

【００８４】「隣り、対角無しパターン４」の場合は、
図１２（Ｄ）に示すように、ロボット１９Ｂは、左側に
ロボット１９Ｃが入り込んでいるので移動できない。し
かし、ロボット１９Ａは、ロボット１９Ｄとのロボット
占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ａを右へ移
動することによってロボット占有象限の重なりを解く。

【００８５】「隣り、対角無しパターン５」の場合は、
図１２（Ｅ）に示すように、ロボット１９Ａを右へ移動
させると、ロボット１９Ｄと衝突する可能性があるので
移動することができない。また、ロボット１９Ｂは、左
側にロボット１９Ｃが入り込んでいるので移動できな
い。よって、ロボット１９Ａ、ロボット１９Ｂの両方共
移動できないので次のステップへ飛ぶ。

【００８６】「隣り、対角無しパターン６」の場合は、
図１２（Ｆ）に示すように、ロボット１９Ａは、右側に
ロボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できない。し
かし、ロボット１９Ｂは、ロボット１９Ｃとのロボット
占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ｂを左へ移
動することによってロボット占有象限の重なりを解く。

【００８７】「隣り、対角無しパターン７」の場合は、
図１３（Ｇ）に示すように、ロボット１９Ａは、右側に
ロボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できない。ま
た、ロボット１９Ｂも、左側にロボット１９Ｃが入り込
んでいるので移動できない。よって、ロボット１９Ａ、
ロボット１９Ｂの両方共移動できないので次のステップ
へ飛ぶ。

【００８８】「隣り、対角無しパターン８」の場合は、
図１３（Ｈ）に示すように、ロボット１９Ａ、ロボット
１９Ｂ共に、ロボット１９Ｃ、ロボット１９Ｄとの重な
りが無いので、ロボット１９Ａを右に、ロボット１９Ｂ
を左に移動してロボット占有象限の重なりを解く。

【００８９】「隣り、対角無しパターン９」の場合は、
図１３（Ｉ）に示すように、ロボット１９Ｂを左へ移動
させると、ロボット１９Ｃと衝突する可能性があるので
移動することができない。しかし、ロボット１９Ａは、
ロボット１９Ｃ、ロボット１９Ｄとのロボット占有象限
の重なりが無いので、ロボット１９Ａを右へ移動するこ
とによってロボット占有象限の重なりを解く。

【００９０】「隣り、対角無しパターン１０」の場合
は、図１３（Ｊ）に示すように、ロボット１９Ａは、右
側にロボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できな
い。ロボット１９Ｂは、ロボット１９Ｃとロボット占有
象限の重なりがないので、ロボット１９Ｂを左に移動す
ることによってロボット占有象限の重なりを解く。

【００９１】「隣り、対角無しパターン１１」の場合
は、図１３（Ｋ）に示すように、ロボット１９Ａは、右
側にロボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できな
い。また、ロボット１９Ｂは、左へ移動させるとロボッ
ト１９Ｃと衝突する可能性がある。よって、ロボット１
９Ａ、ロボット１９Ｂの両方共移動できないので次のス
テップへ飛ぶ。

【００９２】「隣り、対角無しパターン１２」の場合
は、図１３（Ｌ）に示すように、ロボット１９Ｂは、左
側にロボット１９Ｃが入り込んでいるので移動できな
い。しかし、ロボット１９Ａは、ロボット１９Ｄとのロ
ボット占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ａを
右へ移動することによってロボット占有象限の重なりを
解く。

【００９３】「隣り、対角無しパターン１３」の場合
は、図１４（Ｍ）に示すように、ロボット１９Ａは、右
側にロボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できな
い。また、ロボット１９Ｂも、左側にロボット１９Ｃが
入り込んでいるので移動できない。よって、ロボット１
９Ａ、ロボット１９Ｂの両方共移動できないので次のス
テップへ飛ぶ。

【００９４】２．６．２．対角状態パターン１の場合 対角状態パターン１の場合における、隣りどうしの２個
のロボットの各ロボット占有象限の重なりのパターンを
「隣り、対角１パターン」と呼ぶ。「隣り、対角１パタ
ーン」には図１５、図１６に示すような７つのパターン
がある。

【００９５】「隣り、対角１パターン１」の場合は、図
１５（Ａ）に示すように、ロボット１９Ａとロボット１
９Ｂとの各ロボット占有象限が重なっていないので、次
のステップへ進む。

【００９６】「隣り、対角１パターン２」の場合は、図
１５（Ｂ）に示すように、ロボット１９Ａは、ロボット
１９Ｄとロボット占有象限の重なりが無く、また、ロボ
ット１９Ｂもロボット１９Ｃとロボット占有象限の重な
りが無い。従って、ロボット１９Ａを右へ、あるいは、
ロボット１９Ｂを左へ移動させることによりロボット占
有象限の重なりを解く。

【００９７】「隣り、対角１パターン３」の場合は、図
１５（Ｃ）に示すように、ロボット１９Ａは、右へ移動
するとロボット１９Ｄと衝突する可能性があるので移動
することができない。しかし、ロボット１９Ｂは、ロボ
ット１９Ｃとロボット占有象限の重なりが無いので、ロ
ボット１９Ｂを左へ移動させることによりロボット占有
象限の重なりを解く。

【００９８】「隣り、対角１パターン４」の場合は、図
１５（Ｄ）に示すように、ロボット１９Ａは、右側にロ
ボット１９Ｄが入り込んでいるので移動することができ
ない。しかし、ロボット１９Ｂは、ロボット１９Ｃとロ
ボット占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ｂを
左へ移動させることによりロボット占有象限の重なりを
解く。

【００９９】「隣り、対角１パターン５」の場合は、図
１６（Ｅ）に示すように、ロボット１９Ｂは、左側にロ
ボット１９Ｄが入り込んでいるので移動することができ
ない。しかし、ロボット１９Ａは、ロボット１９Ｄとロ
ボット占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ａを
右へ移動させることによりロボット占有象限の重なりを
解く。

【０１００】「隣り、対角１パターン６」の場合は、図
１６（Ｆ）に示すように、ロボット１９Ａを右へ移動さ
せてもロボット１９Ｄと衝突しないので、ロボット１９
Ａを右へ移動させることによりロボット占有象限の重な
りを解く。

【０１０１】「隣り、対角１パターン７」の場合は、図
１６（Ｇ）に示すように、ロボット１９Ａは、右側にロ
ボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できない。ま
た、ロボット１９Ｂも、左側にロボット１９Ｃが入り込
んでいるので移動できない。よって、ロボット１９Ａ、
ロボット１９Ｂの両方共移動できないので次のステップ
へ飛ぶ。

【０１０２】２．６．３．対角状態パターン２の場合 対角状態パターン２の場合における、隣りどうしの２個
のロボットの各ロボット占有象限の重なりのパターンを
「隣り、対角２パターン」と呼ぶ。対角状態パターン２
の場合は、ロボット１９Ａを右に移動することはできな
いので、ロボット１９Ｄは考慮しなくてもよい。従っ
て、「隣り、対角２パターン」には図１７に示すような
３つのパターンがある。

【０１０３】「隣り、対角２パターン１」の場合は、図
１７（Ａ）に示すように、ロボット１９Ａとロボット１
９Ｂとの各ロボット占有象限が重なっていないので、次
のステップへ進む。

【０１０４】「隣り、対角２パターン２」の場合は、図
１７（Ｂ）に示すように、ロボット１９Ａは、右側にロ
ボット１９Ｃが入り込んでいるため移動できない。そこ
で、ロボット１９Ｂを左へ移動させることによりロボッ
ト占有象限の重なりを解く。

【０１０５】「隣り、対角２パターン３」の場合は、図
１７（Ｃ）に示すように、ロボット１９Ａは、右側にロ
ボット１９Ｃが入り込んでいるため移動できない。ま
た、ロボット１９Ｂも、左へ移動するとロボット１９Ｃ
と衝突する可能性があるので移動することができない。
よって、ロボット１９Ａ、ロボット１９Ｂ共移動するこ
とができないので、次のステップへ飛ぶ。

【０１０６】２．７．向かいどうしのロボットの交差の
解き方上記流れ図のステップＳＴ１０及びＳＴ１６にお
ける、向かいどうしのロボットの交差とは、ロボット１
９Ｂとロボット１９Ｃ、あるいは、ロボット１９Ａとロ
ボット１９Ｄの各ロボット占有象限の重なりをいう。

【０１０７】向かいどうしのロボットの交差を解くに
は、基本的には、ロボット占有象限の重なりが解けるま
で、各ロボットをＹ軸の正方向と負方向にそれぞれ移動
すればよい。しかし、他のロボットとの関係によって移
動できるロボットが限定される。

【０１０８】そこで、上記隣りどうしの２個のロボット
の交差の解き方と同様にロボット占有象限の重なり方を
複数のパターンに分類し、各パターンごとに交差状態の
解き方を決めメモリに記憶して置く。実際の交差状態が
検出された時、これに当てはまるパターンを検索し、そ
のパターンの交差状態の解き方に従って、他のロボット
と衝突せずに移動可能なロボットを選択し、そのロボッ
トを移動させる。移動可能なロボットが無い場合は、流
れ図に示すように次のステップへ飛ぶ。

【０１０９】以下、向かいどうしの２個のロボット占有
象限の重なりの各種のパターンについて、その交差を解
く方法を、ロボット１９Ｂとロボット１９Ｃとの場合に
ついて説明する。なお、他の向かいどうしのロボットに
ついても同様である。

【０１１０】２．７．１ 対角無しの場合 対角の２個のロボットの各ロボット占有象限に重なりが
無い場合を「対角無し」ということにする。対角無しの
場合の、向かいどうしのロボットの重なりパターンは図
１８、図１９に示すように９つの「向かい、対角無しパ
ターン１〜９」となる。

【０１１１】「向かい、対角無しパターン１」の場合
は、図１８（Ａ）に示すように、ロボット１９Ａとロボ
ット１９Ｂの各ロボット占有象限は重なっていないの
で、次のステップへ進む。

【０１１２】「向かい、対角無しパターン２」の場合
は、図１８（Ｂ）に示すように、ロボット１９Ｂ、ロボ
ット１９Ｃのロボット占有象限は共にロボット１９Ａ、
ロボット１９Ｄの各ロボット占有象限との重なりが無い
ので、ロボット１９Ｂを下方に、あるいは、ロボット１
９Ｃを上方に移動させることによりロボット占有象限の
重なりを解く。

【０１１３】「向かい、対角無しパターン３」の場合
は、図１８（Ｃ）に示すように、ロボット１９Ｂは、下
方にロボット１９Ａが入り込んでいるので移動できな
い。しかし、ロボット１９Ｃは、ロボット１９Ｄとのロ
ボット占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ｃを
上方へ移動することによってロボット占有象限の重なり
を解く。

【０１１４】「向かい、対角無しパターン４」の場合
は、図１８（Ｄ）に示すように、ロボット１９Ｃは、上
方にロボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できな
い。しかし、ロボット１９Ｂは、ロボット１９Ａとのロ
ボット占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ｂを
下方へ移動することによってロボット占有象限の重なり
を解く。

【０１１５】「向かい、対角無しパターン５」の場合
は、図１８（Ｅ）に示すように、ロボット１９Ｂは、下
方にロボット１９Ａが入り込んでいるので移動できな
い。また、ロボット１９Ｃも、上方にロボット１９Ｃが
入り込んでいるので移動できない。よって、ロボット１
９Ｂ、ロボット１９Ｃの両方共移動できないので次のス
テップへ飛ぶ。

【０１１６】「向かい、対角無しパターン６」の場合
は、図１８（Ｆ）に示すように、ロボット１９Ｂ、ロボ
ット１９Ｃのロボット占有象限は共にロボット１９Ａ、
ロボット１９Ｄの各ロボット占有象限との重なりが無い
ので、ロボット１９Ｂを下方に、あるいは、ロボット１
９Ｃを上方に移動させることによりロボット占有象限の
重なりを解く。

【０１１７】「向かい、対角無しパターン７」の場合
は、図１９（Ｇ）に示すように、ロボット１９Ｂは、下
方にロボット１９Ａが入り込んでいるので移動できな
い。しかし、ロボット１９Ｃは、ロボット１９Ｄとのロ
ボット占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ｃを
上方へ移動することによってロボット占有象限の重なり
を解く。

【０１１８】「向かい、対角無しパターン８」の場合
は、図１９（Ｈ）に示すように、ロボット１９Ｃは、上
方にロボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できな
い。しかし、ロボット１９Ｂは、ロボット１９Ａとロボ
ット占有象限の重なりがないので、ロボット１９Ｂを下
方へ移動することによってロボット占有象限の重なりを
解く。

【０１１９】「向かい、対角無しパターン９」の場合
は、図１９（Ｉ）に示すように、ロボット１９Ｂは、下
方のロボット１９Ａが入り込んでおり、また、ロボット
１９Ｃは上方にロボット１９Ｄが入り込んでいるため、
ロボット１９Ｂ、ロボット１９Ｃ共移動することができ
ないので、次のステップへ飛ぶ。

【０１２０】２．７．２．対角状態パターン１の場合 対角状態パターン１の場合における、向かいどうしの２
個のロボットの各ロボット占有象限の重なりのパターン
を「向かい、対角１パターン」と呼ぶ。対角状態パター
ン１の場合には、ロボット１９Ｃを上方へ移動すること
ができないので、ロボット１９Ｄを考慮する必要がな
い。従って、「向かい、対角１パターン」には図２０に
示すような３つのパターンがある。

【０１２１】「向かい、対角１パターン１」の場合は、
図２０（Ａ）に示すように、ロボット１９Ａとロボット
１９Ｂとの各ロボット占有象限が重なっていないので、
次のステップへ進む。

【０１２２】「向かい、対角１パターン２」の場合は、
図２０（Ｂ）に示すように、ロボット１９Ｃは、上方に
ロボット１９Ａが入り込んでいるので移動できない。そ
こで、ロボット１９Ｂを下方へ移動させることによりロ
ボット占有象限の重なりを解く。

【０１２３】「向かい、対角１パターン３」の場合は、
図２０（Ｃ）に示すように、ロボット１９Ｃは、上方に
ロボット１９Ａが入り込んでいるので移動することがで
きない。また、ロボット１９Ｂは、移動するとロボット
１９Ａと衝突する可能性はあるので移動できない。よっ
て、ロボット１９Ｂ、ロボット１９Ｃの両方共移動でき
ないので次のステップへ飛ぶ。

【０１２４】２．７．３．対角状態パターン２の場合 対角状態パターン２の場合における、向かいどうしの２
個のロボットの各ロボット占有象限の重なりのパターン
を「向かい、対角２パターン」と呼ぶ。「向かい、対角
２パターン」には図２１に示すような５つのパターンが
ある。

【０１２５】「向かい、対角２パターン１」の場合は、
図２１（Ａ）に示すように、ロボット１９Ｂとロボット
１９Ｃとの各ロボット占有象限が重なっていないので、
次のステップへ進む。

【０１２６】「向かい、対角２パターン２」の場合は、
図２１（Ｂ）に示すように、ロボット１９Ｂはロボット
１９Ａとロボット占有象限の重なりがなく、また、ロボ
ット１９Ｃもロボット１９Ｂとロボット占有象限の重な
りが無いから、ロボット１９Ｂを下方へ、ロボット１９
Ｃを上方へ移動することによりロボット占有象限の重な
りを解く。

【０１２７】「向かい、対角２パターン３」の場合は、
図２１（Ｃ）に示すように、ロボット１９Ｃは、上方に
ロボット１９Ｄが入り込んでいるので移動できない。し
かし、ロボット１９Ｂは、ロボット１９Ａとロボット占
有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ｂを下方へ移
動することによりロボット占有象限の重なりを解く。

【０１２８】「向かい、対角２パターン４」の場合は、
図２１（Ｄ）に示すように、ロボット１９Ｂは、下方に
ロボット１９Ａが入り込んでいるので移動することがで
きない。しかし、ロボット１９Ｃは、ロボット１９Ｄと
ロボット占有象限の重なりが無いので、ロボット１９Ｃ
を上方へ移動することによりロボット占有象限の重なり
を解く。

【０１２９】「向かい、対角２パターン５」の場合は、
図２１（Ｅ）に示すように、ロボット１９Ｂは、下方に
ロボット１９Ａが入り込んでいるので移動することがで
きない。また、ロボット１９Ｃも上方にロボット１９Ｃ
が入り込んでいるので移動することができない。従っ
て、次のステップへ飛ぶ。

【０１３０】２．８．対角どうしのロボットの交差の解
き方 上記流れ図のステップＳＴ１８における、対角どうしの
ロボットの交差とは、ロボット１９Ａとロボット１９
Ｃ、あるいは、ロボット１９Ｂとロボット１９Ｄの各ロ
ボット占有象限の重なりをいう。

【０１３１】対角どうしのロボットの交差を解くには、
基本的には、ロボット占有象限の重なりが解けるまで、
対角状態パターン１の場合には、ロボット１９ＡをＸ軸
正方向に、ロボット１９ＣをＸ軸負方向に移動し、ま
た、対角状態パターン２の場合には、ロボット１９Ｃを
Ｙ軸方向正方向に、ロボット１９ＡをＹ軸負方向に移動
すればよい。

【０１３２】そこで、隣りどうし及び向かいどうしの２
個のロボットの交差の上記解き方と同様にロボット占有
象限の重なり方のパターン分類を行うことにより、他の
ロボットと衝突せずに移動可能なロボットを選択し、そ
のロボットを移動させる。移動可能なロボットが無い場
合は、流れ図に示すように次のステップへ飛ぶ。

【０１３３】以下、対角どうしの２個のロボット占有象
限の重なりの各種のパターンについて、その交差を解く
方法を、ロボット１９Ａとロボット１９Ｃとの場合につ
いて説明する。

【０１３４】２．８．１．対角状態パターン１の場合 対角状態パターン１の場合における、対角どうしの２個
のロボットの各ロボット占有象限の重なりのパターンを
「対角どうし、対角１パターン」と呼ぶ。「対角どう
し、対角１パターン」には図２２に示すような４つのパ
ターンがある。

【０１３５】「対角どうし、対角１パターン１」の場合
は、図２２（Ａ）に示すように、ロボット１９Ｃはロボ
ット１９Ｂとのロボット占有象限の重なりがないので、
左へ移動してロボット占有象限の重なりを解く。

【０１３６】「対角どうし、対角１パターン２」の場合
は、図２２（Ｂ）に示すように、ロボット１９Ａはロボ
ット１９Ｄとのロボット占有象限が重なりがないので、
ロボット１９Ａを右へ移動させることによりロボット占
有象限の重なりを解く。

【０１３７】「対角どうし、対角１パターン３」の場合
は、図２２（Ｃ）に示すように、ロボット１９Ｃを左へ
移動すると、ロボット１９Ｂと衝突する可能性があるの
で移動することができない。しかし、ロボット１９Ａ
は、ロボット１９Ｄとのロボット占有象限が重なりがな
いので、ロボット１９Ａを右へ移動させることによりロ
ボット占有象限の重なりを解く。

【０１３８】「対角どうし、対角１パターン４」の場合
は、図２２（Ｄ）に示すように、ロボット１９Ａを右へ
移動すると、ロボット１９Ｄと衝突する可能性があるの
で移動することができない。しかし、ロボット１９Ｃ
は、ロボット１９Ｂとのロボット占有象限が重なりがな
いので、ロボット１９Ｃを左へ移動させることによりロ
ボット占有象限の重なりを解く。

【０１３９】２．８．２．対角状態パターン２の場合 対角状態パターン２の場合における、対角どうしの２個
のロボットの各ロボット占有象限の重なりのパターンを
「対角どうし、対角２パターン」と呼ぶ。「対角どう
し、対角２パターン」には図２３に示すような４つのパ
ターンがある。

【０１４０】「対角どうし、対角２パターン１」の場合
は、図２３（Ａ）に示すように、ロボット１９Ａはロボ
ット１９Ｂとのロボット占有象限が重なりがないので、
ロボット１９Ａを下方へ移動してロボット占有象限の重
なりを解く。

【０１４１】「対角どうし、対角２パターン２」の場合
は、図２３（Ｂ）に示すように、ロボット１９Ａを下方
へ移動すると、ロボット１９Ｂと衝突する可能性がある
ので移動することができない。しかし、ロボット１９Ｃ
は、ロボット１９Ｄとのロボット占有象限が重なりがな
いので、ロボット１９Ｃを上方へ移動させることにより
ロボット占有象限の重なりを解く。

【０１４２】「対角どうし、対角２パターン３」の場合
は、図２３（Ｃ）に示すように、ロボット１９Ｃはロボ
ット１９Ｄとロボット占有象限の重なりが無いから、ロ
ボット１９Ｃを上方へ移動させることによりロボット占
有象限の重なりを解く。

【０１４３】「対角どうし、対角２パターン４」の場合
は、図２３（Ｄ）に示すように、ロボット１９Ｃを上方
へ移動すると、ロボット１９Ｄと衝突する可能性がある
ので移動することができない。しかし、ロボット１９Ａ
は、ロボット１９Ｂとのロボット占有象限が重なりがな
いので、ロボット１９Ａを下方へ移動させることにより
ロボット占有象限の重なりを解く。

【０１４４】２．９．第２アームの後方に他のロボット
がある場合の解き方 図２４に示すように、ロボット１９Ａの後方に向かいの
ロボット１９Ｄが回り込んだ場合、ロボット占有象限の
交差を解く際に、ロボット１９Ａの第２アームとロボッ
ト１９Ｄとが衝突する可能性がある。

【０１４５】このような衝突を防止するためには、向か
いの交差を解く際に、ロボット１９Ａの第２関節２６Ａ
の後方に向かいのロボット１９Ｄが回り込んでいるかど
うかを調べ、回り込んでいる場合には、ロボット１９Ｄ
の第２アームの角度を−９０°まで回転させ、その状態
を保持したまま第１アームの角度を０°まで回転させる
と、衝突を防ぐことができる。なお、ここではロボット
１９Ａについて説明したが、他のロボットについても同
様である。

【０１４６】２．１０．ロボットの可動範囲の決定方法 本マルチロボットシステム１に使用したロボットは、第
２アーム駆動用の平行リンクが第１アームに取り付けら
れており、又、作業用ヘッドの姿勢保持用平行リンクが
第１、第２アームに取り付けられているので、可動範囲
が限定される。

【０１４７】また、ロボットの第１軸と第２軸がそれぞ
れ独立した可動範囲を持っているわけではなく、各可動
範囲は相互に依存しあっている。

【０１４８】従って、下記のようにロボットの可動範囲
を決定している。まず、アブソリュートエンコーダを用
いて、各ロボットの可動範囲の最も外側を手でトレース
していき、図２５に示すようなワールド座標データを得
る。

【０１４９】次に、上記データに基づき、図２６に示す
ような第１軸と第２軸との関係を表すグラフを得る。図
２６の曲線により、どちらか一方の軸の角度から他方の
軸の角度を求めることができる。例えば、第１軸の角度
が４０°である場合の第２軸の動作範囲は約９０°〜１
８０°であることが分かる。

【０１５０】図２６に示す曲線のデータをメモリに記憶
しておき、ロボットの移動を常に監視し、ロボットが少
し移動する毎に工具点の座標からロボット座標への換算
を行い、ロボット座標位置が上記可動範囲からはみ出す
直前でロボットを停止する。このようにして、ロボット
は可動範囲内で動作することになる。

【０１５１】３．作業時の衝突回避アルゴリズム ３．１ 概要 上記衝突回避原点復帰アルゴリズムによって４つのロボ
ット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄが全て作業原点に
復帰した後は、各ロボット１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１
９Ｄのそれぞれに対して与点（作業位置）を指定して作
業を行わせることになるが、これらの実際の作業は、作
業アルゴリズムに基づき行われる。

【０１５２】作業アルゴリズムにおいて最も重要なこと
は、ロボットどうしの衝突防止と移動所要時間の計算と
である。ここで、衝突とは、ロボットどうしが移動先即
ち与点において衝突すること及び与点までの移動の途中
において衝突することの双方を意味している。従って、
マルチロボットシステム１においては、これら２種類の
衝突のそれぞれに対して衝突を回避する手段を設けてい
る。

【０１５３】このように、４台のロボットどうしが衝突
することなく、また、４台のロボットの移動が最も早く
終了するような、各与点の最適な組み合わせを求め、こ
の最適な与点の組み合わせを４台のロボットに割り付け
ることで、ロボットどうしの衝突を回避し、且つ最短時
間で移動させることができるのである。

【０１５４】そのため、４台のロボットに与点を割り付
けるための２４通り（４の階乗）の可能なロボットコン
ビネーションの全てに対し、（１）各与点についてのロ
ボット占有象限の重なり判定、（２）入れ替わりと回り
込みによる軌跡衝突判定、及び、（３）ロボットの第２
関節張り出しによる衝突判定を行い、上記（１）、
（２）、（３）の全ての判定をクリアしたロボットコン
ビネーションの中から、（４）４台のロボットの移動軌
跡の最大値が最も小さいロボットコンビネーションを選
択し、このロボットコンビネーションによる与点割り付
けを行う。尚、作業アルゴリズムの詳細については、上
記特願平７−２５３００８号公報を参照されたい。

【０１５５】

【実施例】以下、本マルチロボットシステム１の上記衝
突回避原点復帰アルゴリズムのシミュレーションの結果
について説明する。本シミュレーションにおいては、上
記衝突回避原点復帰アルゴリズムに従って、パーソナル
コンピュータ上で動作するプログラムを作成し、これを
コンパイルして動作させた。

【０１５６】ユーザインタフェースは、図２７に示すよ
うに、番号入力による選択方式とした。また、表示に
は、ロボットの動作を視覚的に表示するグラフィック表
示と、詳細な動作情報が得られるテキスト表示とを選択
することができる。

【０１５７】グラフィック表示においては、まず、ロボ
ットの始点座標を選択すると、図２８に示すように、シ
ミュレーション開始画面が表示される。

【０１５８】次にシミュレーション中は、図２９に示す
ように、各ロボットの動作軌跡が表示される。シミュレ
ーション用のデータは、実際のロボットアームを手で動
かすことによりロボットどうしの絡まりの状態を作り出
し、エンコーダからのロボット座標データをワールド座
標データに変換することにより得た。

【０１５９】シミュレーションでは、衝突回避原点復帰
アルゴリズムに従って、下記のようなパターンを与え
た。 （１）ロボット１９Ａとロボット１９Ｂ（隣りどうし）
の交差 対角無し（１３パターン） 対角状態パターン１（７パターン） 対角状態パターン２（３パターン）

【０１６０】（２）ロボット１９Ｂとロボット１９Ｃ
（向かいどうし）の交差 対角無し（９パターン） 対角状態パターン１（３パターン） 対角状態パターン２（５パターン）

【０１６１】（３）ロボット１９Ａとロボット１９Ｃ
（対角どうし）の交差 対角状態パターン１（４パターン） 対角状態パターン２（４パターン） （４）第２軸の後方のロボットが回り込んだ場合につい
て

【０１６２】上記の各場合についてシミュレーションを
行った所、全て正常に作業原点復帰が行われた。

【０１６３】上記の本発明に係るマルチロボットシステ
ムの実施の形態においては、４台のロボットを有するマ
ルチロボットシステムについて説明したが、本発明に係
るマルチロボットシステムは、４台のロボットの場合の
みならず、象限角度の総和が３６０度になるようにすれ
ば、ロボットが何台の場合においても適用することがで
きることは勿論である。

【０１６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマル
チロボットシステムは、各ロボットが現在位置及び作業
原点を中心としてアームと作業用ヘッドを含むロボット
占有象限を決定し、予めパターンとして記憶しておいた
ロボット占有象限の交差状態とその交差状態の解き方と
の対応関係に基づいて、各ロボットを作業原点に復帰さ
せるようにしたので、電源スイッチ投入時等において、
ロボットが実際の作業を開始する前に、既に交差状態に
ある複数のロボットの交差状態を解きながら作業原点に
自動的に、正確かつ迅速に復帰させることができ、更
に、アームや作業用ヘッドの形状、ロボットの台数等に
影響されることが無く、多種用途への適用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマルチロボットシステムの望まし
い実施形態の一つである４ロボットシステムのハードウ
ェアの構成を示す説明図である。

【図２】同４ロボットシステムのソフトウェアの構成を
示す説明図である。

【図３】同マルチロボットシステムを構成するロボット
の作業用ヘッドの上面図である。

【図４】同マルチロボットシステムを構成するロボット
の作業用ヘッドの側面図である。

【図５】同マルチロボットシステムを構成する４台のロ
ボットの作業用ヘッドが衝突した場合における略示的平
面図である。

【図６】同マルチロボットシステムを構成する４個のロ
ボットの各ロボット占有象限の一例を示す説明図であ
る。

【図７】同マルチロボットシステムを構成するロボット
の運動曲線を示す説明図である。

【図８】同マルチロボットシステムにおける４個のロボ
ットの相対位置関係の定義を示す説明図である。

【図９】同マルチロボットシステムにおける衝突回避原
点復帰アルゴリズムを示す流れ図である。

【図１０】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおけるロ
ボット占有象限の変形例を示す説明図である。

【図１１】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける４
つの対角状態パターンを示す説明図である。

【図１２】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態無しの場合の隣りどうしのロボットの交差状態
パターンを示す説明図である。

【図１３】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態無しの場合の隣りどうしのロボットの交差状態
パターンを示す説明図である。

【図１４】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態無しの場合の隣りどうしのロボットの交差状態
パターンを示す説明図である。

【図１５】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態パターン１の場合の隣りどうしのロボットの交
差状態パターンを示す説明図である。

【図１６】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態パターン１の場合の隣りどうしのロボットの交
差状態パターンを示す説明図である。

【図１７】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態パターン２の場合の隣りどうしのロボットの３
個の交差状態パターンを示す説明図である。

【図１８】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態無しの場合の向かいどうしのロボットの交差状
態パターンを示す説明図である。

【図１９】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態無しの場合の向かいどうしのロボットの交差状
態パターンを示す説明図である。

【図２０】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態パターン１の場合の向かいどうしのロボットの
３個の交差状態パターンを示す説明図である。

【図２１】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態パターン２の場合の向かいどうしのロボットの
５個の交差状態パターンを示す説明図である。

【図２２】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態パターン１の場合の対角どうしのロボットの４
個の交差状態パターンを示す説明図である。

【図２３】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
対角状態パターン２の場合の対角どうしのロボットの４
個の交差状態パターンを示す説明図である。

【図２４】同衝突回避原点復帰アルゴリズムにおける、
後方に他のロボットの第２軸がある場合の交差状態の解
き方を示す説明図である。

【図２５】同衝突回避原点復帰アルゴリズムのシミュレ
ーションにおいて、ロボットの可動範囲を実測した結果
を示すグラフである。

【図２６】同衝突回避原点復帰アルゴリズムのシミュレ
ーションにおいて、ロボットの可動範囲を求めるための
グラフである。

【図２７】本発明に係るマルチロボットシステムの衝突
回避原点復帰アルゴリズムを検証するためのシミュレー
ションにおける初期画面を示す説明図である。

【図２８】同シミュレーションにおけるシミュレーショ
ン開始時の画面を示す説明図である。

【図２９】同シミュレーションにおけるロボットの動作
軌跡を示す画面を示す説明図である。

【図３０】同シミュレーションにおける終了時の画面を
示す説明図である。

【図３１】従来の技術における多関節ロボットの斜視図
である。

【図３２】同多関節ロボットのシステム構成を示す概略
説明図である。

【符号の説明】

１：マルチロボットシステム，２：入力部，３：制御
部，４：機構部，５：与点割付部，６：読み取り部，
７：第１ロボット占有象限，８：第２ロボット占有象
限，９：第３ロボット占有象限，１０：第４ロボット占
有象限，１１：ロボット占有象限定義部，１３：衝突判
定部，１５：移動距離計算部，１６：組み合わせ決定及
び記憶部，１７：作業原点復帰部，１８：Ｉ／Ｏインタ
ーフェース，１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ：ロボッ
ト，２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ：第１アーム，２
１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ：回転軸，２２Ａ、２２
Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ：駆動部，２３Ａ、２３Ｂ、２３
Ｃ、２３Ｄ：第２アーム，２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２
４Ｄ：作業用ヘッド，２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５
Ｄ：サーボコントローラ，２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２
６Ｄ：第２関節，２８Ａ、２８Ｂ：基台，２９：作業
域，３０：入れ替わり／回り込み角度，３１、３２：直
線，３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ：先端ピン，３４
Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ：カメラ及びライト部，５
０：基台部，５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ：アー
ム，５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ：作業用ヘッド，
５３：制御部，５４Ａ、５４Ｂ：第１回動モータ，５５
Ａ、５５Ｂ、６８：ギヤボックス，５６Ａ、５６Ｂ、５
６Ｃ、５６Ｄ：第１アーム，５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃ、
５７Ｄ：第２アーム，５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ、５８
Ｄ：回転軸，５９Ａ、５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄ：先端ピ
ン，６０Ａ、６０Ｂ、７３：タイミングベルト，６１
Ａ、６１Ｂ：第２回動モータ，６２：固定アーム，６３
Ａ、６３Ｂ、６４Ａ、６４Ｂ、６５Ａ、６５Ｂ：コンロ
ッド，６６、７５：ボス，６７：連結アーム，６９Ａ、
６９Ｂ、７０Ａ、７０Ｂ：アームレバー，７１：駆動モ
ータ，７２：プーリ，７４：取付ブロック，７６：回動
レバー，７７、７９：軸受け部，７８：回動伝達手段，
Ｄ：衝突点，Ｗ：クリアランス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定作業領域内において、該作業領域と一
   定距離を維持した水平動作を行うアームと、該アームの
   先端にアームの水平動作に対して垂直動作を行う作業用
   ヘッドとを備えた少なくとも２台のロボットからなり、
   各ロボットの現在位置及び作業原点を中心として前記ア
   ームと前記作業用ヘッドを含むロボット占有象限を定義
   し、予めパターンとして記憶しておいたロボット占有象
   限の交差状態と該交差状態の解き方との対応関係に基づ
   いて、前記各ロボットを作業原点に復帰させるようにし
   たことを特徴とするマルチロボットシステム。
2. 【請求項２】前記パターンは、向かい、隣り、及び対角
   に位置するロボットについてパターン化したことを特徴
   とする請求項１に記載のマルチロボットシステム。