JPH1063327A - ロボット制御方法及び装置 - Google Patents

ロボット制御方法及び装置

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JPH1063327A
JPH1063327A JP8216501A JP21650196A JPH1063327A JP H1063327 A JPH1063327 A JP H1063327A JP 8216501 A JP8216501 A JP 8216501A JP 21650196 A JP21650196 A JP 21650196A JP H1063327 A JPH1063327 A JP H1063327A
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JP
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graph
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JP8216501A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Ogata
博之 小方
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】移動ロボットや操作物体の位置が変化しても、
予め与えられた教示内容を活用して、効率良く作業軌道
を生成することができるロボット制御方法及び装置を提
供する。 【解決手段】ロボット制御装置αにてロボットの作業軌
道を生成するに当たり、グラフ生成部３が作業環境の構
造のグラフをノードとリンクで生成し、ノード列生成部
４が教示装置９にて教示された作業軌道例をグラフにマ
ッピングしてノード列を作成し、軌道生成知識生成部５
が複数のノード列を木構造の軌道生成知識を作成し、こ
れを軌道生成知識記憶部６がまとめて保存する。ノード
列選択部７が予め与えられた作業に最適なノード列を軌
道生成知識から選択すると、これを基に軌道生成部８が
作業軌道を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動ロボット及び
作業ロボットや操作物体の位置が変化しても、予め与え
られた教示内容を活用して、効率良く作業軌道を生成す
ることができるロボット制御方法及びそれを実施するた
めの装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的なロボット制御方法では、作業軌
道を生成するに当たり、ティーチングプレイバック方式
又はパスプランニング方式を採用している。ティーチン
グプレイバック方式は、予め教示装置を使用してロボッ
トに点列や曲線などの形で作業軌道を教示して置き、ロ
ボットがその作業を実行する時に教示された軌道をその
まま再生するという仕組みである。パスプランニング方
式は、予めロボットの初期状態と終了状態を与えると、
ロボット制御装置が自動的に初期状態と終了状態の間の
軌道を生成して、ロボットを駆動するという仕組みであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ティーチン
グプレイバック方式では、ロボットに作業を教示する時
とロボットが作業を実行する時の両方で、部品の形状、
設置場所、周囲の障害物、使用するロボットなどが全て
同じ条件である必要がある。それらの条件が変われば、
再教示の必要が生じる。
【０００４】これに対して、パスプランニング方式は、
再教示の必要がないが、ロボットの自由度が大きくなっ
た場合、軌道生成に必要な計算量や時間が一般的に非現
実的となり、軌道生成の手法によっては解が求まらなか
ったりする。したがって、従来のティーチングプレイバ
ック方式やパスプランニング方式では、移動及び作業ロ
ボットまたは操作物体の初期位置、または目的位置が頻
繁に変化する条件の下でロボットを効率良く制御できな
いという問題が生じている。
【０００５】ここにおいて本発明の解決すべき主要な目
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、移動及
び作業ロボットや操作物体の位置が変化しても、大きな
計算機コストをかけることなく、効率良く作業軌道を生
成することができるロボット制御方法及びそれを実施す
るための装置を提供せんとするものである。
【０００６】本発明の第２の目的は、移動及び作業ロボ
ットや操作物体の位置が変化する度に、ロボット動作の
再教示という手間を減らすことができるロボット制御方
法及びそれを実施するための装置を提供せんとするもの
である。
【０００７】本発明の第３の目的は、移動及び作業ロボ
ットや操作物体の位置が変化する度に、あらかじめ与え
た少回数の教示内容を活用して、短時間で作業軌道を生
成することができるロボット制御方法及びそれを実施す
るための装置を提供せんとするものである。
【０００８】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の各請求項の記載から自ずと明らか
となろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、１つ以上の出
発点から１つ以上の到達点（目標点）に至る所定の作業
環境に対応した複数の順路を各々ノード列情報として用
意するため、前記作業環境の構造をグラフで記述し、教
示された作業軌道例を当該グラフにマッピングしてノー
ド列を生成し、複数のノード列をまとめて保存して置
き、予め与えられた作業に最適なノード列を選んでロボ
ットの作業軌道を生成する。よって、移動及び作業ロボ
ットや操作物体の位置が変化しても、少回数の教示内容
をを活用して、効率良く作業軌道を生成することができ
る。
【００１０】さらに具体的詳細に述べると、当該課題の
解決では、本発明が次に列挙するそれぞれの新規な特徴
的構成手法または手段を採用することにより、前記目的
を達成する。
【００１１】すなわち、本発明方法の第１の特徴は、ロ
ボット制御手段にてロボットの作業軌道を生成するに当
り、１つ以上の出発点から１つ以上の到達点に至る所定
の作業環境に対応した複数の順路を各々ノード列情報と
して用意して置き、作業内容に応じ選択した最適ノード
列情報から作業軌道を生成してなるロボット制御方法の
構成採用にある。
【００１２】本発明方法の第２の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における前記所定の作業環境に対応した
複数の順路が、道順であるロボット制御方法の構成採用
にある。
【００１３】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における前記所定の作業環境に対応した
複数の順路が、当該作業環境の多角形障害物の辺を含む
ような直線で様相空間を複数分割して作成した各分割領
域内に属する当該多角形障害物との任意非干渉点に設定
したノード群に亙る回避行動路であるロボット制御方法
の構成採用にある。
【００１４】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２又は第３の特徴における前記ロボット
が、自己の現在位置を検出認識し得る自律タイプである
ロボット制御方法の構成採用にある。
【００１５】本発明方法の第５の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２又は第３の特徴における前記ロボット
が、自己の現在位置を外部から入力する他律タイプであ
るロボット制御方法の構成採用にある。
【００１６】本発明方法の第６の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前
記ノード列情報が、複数のノード列の共通部分を合成し
て枝分れした木構造様の一体化複合情報を取ってなるロ
ボット制御方法の構成採用にある。
【００１７】本発明方法の第７の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の特徴にお
ける前記ロボット制御手段が、前記ロボット現在位置が
前記ノード列のノード位置にない場合、最も近い位置の
ノード位置までの経路を、ステップ制限や時間制限など
のついたグラフ探索アルゴリズムを用いて求めてなるロ
ボット制御方法の構成採用にある。
【００１８】本発明方法の第８の特徴は、前記本発明方
法の第３の特徴における前記各分割領域内に属する多角
形障害物との位置非干渉点へのノード設定が、前記ロボ
ットの動作機構の各形状を多面体近似と見做して処理し
てなるロボット制御方法の構成採用にある。
【００１９】本発明方法の第９の特徴は、ロボット制御
手段にてロボットの作業軌道を生成するに当り、作業環
境の構造に関するグラフをノードとリンクで生成し、教
示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフにマッピ
ングしてノード列を生成し、複数の作業軌道例から生成
された複数のノード列を木構造の軌道生成知識にまとめ
て保存して置き、予め与えられた作業に最適なノード列
を前記軌道生成知識から選択し、当該選択したノード列
から作業軌道を生成してなるロボット制御方法の構成採
用にある。
【００２０】本発明方法の第１０の特徴は、ロボット制
御手段にて移動ロボットの作業軌道を生成するに当り、
作業環境の構造に関するグラフをノードとリンクで生成
し、教示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフに
マッピングしてノード列を生成し、複数の作業軌道例か
ら生成された複数のノード列を木構造の軌道生成知識に
まとめて保存して置き、センサにて前記移動ロボットの
位置情報を得て、移動先の目標位置までの距離が最短と
なるノード列を前記軌道生成知識から選択し、当該選択
したノード列にて作業軌道を生成してなるロボット制御
方法の構成採用にある。
【００２１】本発明方法の第１１の特徴は、前記本発明
方法の第１０の特徴における前記移動ロボットが、広域
な道路を走行して人や荷物を輸送する車両ロボット、又
は障害物の存在する建物のフロアを走行してサービスを
提供するサービスロボットであるロボット制御方法の構
成採用にある。
【００２２】本発明方法の第１２の特徴は、前記本発明
方法の第１０又は第１１の特徴における前記グラフが、
地図を基に生成され、交差点や行き止まりをノード、そ
の間の道路をリンクからなるロボット制御方法の構成採
用にある。
【００２３】本発明方法の第１３の特徴は、ロボット制
御手段にてロボットの作業軌道を生成するに当たり、作
業環境の構造に関するグラフをノードとリンクで生成
し、教示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフに
マッピングしてノード列を生成し、複数の作業軌道例か
ら生成された複数のノード列を木構造の軌道生成知識に
まとめて保存して置き、センサにて操作物体の位置情報
を得て、当該操作物体のピック位置またはプレース位置
までの最適なノード列を前記軌道生成知識から選択し、
当該選択したノード列から作業軌道を生成してなるロボ
ット制御方法の構成採用にある。
【００２４】本発明方法の第１４の特徴は、前記本発明
方法の第１３の特徴における前記ロボットが、部品供給
位置が一定であって、かつ部品設置位置が異なるピック
アンドプレース作業、部品組み付け位置が一定であっ
て、かつ部品供給位置が不定の組立作業、部屋の中に散
乱した物体を定位置にもどす整頓作業、又は部品を落し
た時に、それを拾い直して、組み付けを続行するエラー
リカバリ作業を行う作業ロボットであるロボット制御方
法の構成採用にある。
【００２５】本発明方法の第１５の特徴は、前記本発明
方法の第９、第１０、第１１、第１２、第１３又は第１
４の特徴において、前記軌道生成知識から適当なノード
列の選択ができない場合には、教示者に新たな教示を求
めて、新たに教示された作業軌道例を基に新たなノード
列及び木構造を生成して前記軌道生成知識の内容を更新
してなるロボット制御方法の構成採用にある。
【００２６】本発明装置の第１の特徴は、ロボットによ
る作業環境の構造に関するグラフをノードとリンクで生
成するグラフ生成部と、教示装置にて教示された作業軌
道例を前記グラフにマッピングしてノード列を生成する
ノード列生成部と、複数の作業軌道例から作成された複
数のノード列を木構造の軌道生成知識にまとめる軌道生
成知識作成部と、当該軌道生成知識を保存する軌道生成
知識記憶部と、予め与えられた作業に最適なノード列を
前記軌道生成知識記憶部に保存された前記軌道生成知識
から選択するノード列選択部と、選択されたノード列か
らロボットの作業軌道を生成する軌道生成部と、を備え
てなるロボット制御装置の構成採用にある。
【００２７】本発明装置の第２の特徴は、移動ロボット
による作業環境の構造に関するグラフをノードとリンク
で生成するグラフ生成部と、教示装置にて教示された作
業軌道例を前記グラフにマッピングしてノード列を生成
するノード列生成部と、複数の作業軌道例から生成され
た複数のノード列を木構造の軌道生成知識にまとめる軌
道生成知識作成部と、当該軌道生成知識を保存する軌道
生成知識記憶部と、前記移動ロボットの位置情報を得る
センサと、前記移動ロボットの位置情報を基に前記移動
ロボットの移動先の目標位置までの距離が最短となるノ
ード列を前記軌道生成知識から選択するノード列選択部
と、選択されたノード列から前記移動ロボットの作業軌
道を生成する軌道生成部と、を備えてなるロボット制御
装置の構成採用にある。
【００２８】本発明装置の第３の特徴は、本発明装置の
第２の特徴における前記移動ロボットが、広域な道路を
走行して人や荷物を輸送する車両ロボット、又は障害物
の存在する建物のフロアを走行してサービスを提供する
サービスロボットであるロボット制御装置の構成採用に
ある。
【００２９】本発明装置の第４の特徴は、本発明装置の
第２又は第３の特徴における前記グラフが、地図を基に
生成され、交差点や行き止まりをノード、その間の道路
をリンクとしてなるロボット制御装置の構成採用にあ
る。
【００３０】本発明装置の第５の特徴は、ロボットによ
る作業環境の構造に関するグラフをノードとリンクで生
成するグラフ生成部と、教示装置にて教示された作業軌
道例を前記グラフにマッピングしてノード列を生成する
ノード列生成部と、複数の作業軌道例から作成された複
数のノード列を木構造の軌道生成知識にまとめる軌道生
成知識作成部と、当該軌道生成知識を保存する軌道生成
知識記憶部と、操作物体の位置情報を得るセンサと、前
記操作物体の位置情報をもとに当該操作物体のピック位
置またはプレース位置までの最適なノード列を前記軌道
生成知識から選択するノード列選択部と、選択されたノ
ード列からロボットの作業軌道を生成する軌道生成部
と、を備えてなるロボット制御装置の構成採用にある。
【００３１】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第５の特徴における前記ロボットが、部品供給位置
が一定であって、かつ部品設置位置が異なるピックアン
ドプレース作業、部品組み付け位置が一定であって、か
つ部品供給位置が不定の組立作業、部屋の中に散乱した
物体を定位置にもどす整頓作業、又は部品を落した時
に、それを拾い直して、組み付けを続行するエラーリカ
バリ作業を行う作業ロボットであるロボット制御装置の
構成採用にある。
【００３２】本発明装置の第７の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の特徴にお
ける前記ノード列選択部が、前記軌道生成知識から適当
なノード列の選択ができない場合、教示者に新たな教示
要求を前記教示装置に出力する機能を有してなるロボッ
ト制御装置の構成採用にある。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態を、その装置例、方法例及び応用例に基
づいて説明する。
【００３４】（装置例）図１は本装置例のロボット制御
装置αの構成を示す。本装置例のロボット制御装置α
は、多数の道路が交差する環境で、センサ１が搭載され
た移動ロボット２を特定の目標地点まで移動させる働き
をする。本装置例におけるセンサ１は移動ロボット２の
位置情報を得るものとする。なお、移動ロボット２の位
置情報は、他の入力手段にてオペレータが入力したり、
ＧＰＳシステムを使用して自動的に入力したりしても良
い。
【００３５】本装置例のロボット制御装置αは、グラフ
生成部３、ノード列生成部４、軌道生成知識作成部５、
軌道生成知識記憶部６、ノード列選択部７、軌道生成部
８からなる。
【００３６】グラフ生成部３は、作業環境の構造に関す
るグラフをノードとリンクで生成する。ノード列生成部
４は、教示装置９と接続され、オペレータが教示装置９
を使用して教示した作業軌道例（教示例）をグラフ生成
部３のグラフにマッピングしてノード列を生成する。
【００３７】軌道生成知識作成部５は、ノード列生成部
４にて作成された複数のノード列を木構造の軌道生成知
識にまとめる。軌道生成知識記憶部６は、作成された軌
道生成知識を保存する。ノード列選択部７は、移動ロボ
ット２の位置情報を基に最適なノード列を軌道生成知識
から選択する。軌道生成部８は、選択されたノード列か
ら移動ロボット２の作業軌道を生成する。
【００３８】（第１方法例）次に、前記装置例のロボッ
ト制御装置αを用いたロボット制御方法の第１方法例に
ついて詳述する。なお、図２は移動ロボット２の移動先
の目標点Ｏの地図Ｍを示し、図３は地図Ｍから作成した
グラフを示し、図４は教示した道順の２例（教示例１、
２）を示し、図５は教示例１、２のノード列を示し、図
６はノード列を合成して作成した木を示し、図７は本方
法例の手順を示す。
【００３９】まず、グラフ生成部３にてグラフを作成す
る（ＳＴ１）。グラフは、予め与えられた図２の地図Ｍ
を基にし、交差点や行き止まりをノードｎ、その間の道
路をリンクｒとして図３に示すように作成する。次に、
オペレータが教示装置９を使用して図４の太線の教示例
１、教示例２に示すように、いくつかの典型的な道順
（作業軌道例）を教示する（ＳＴ２）。続いて、ノード
列生成部４は、教示された教示例１、２をグラフにマッ
ピングしてノード列を作成する（ＳＴ３）。具体的に
は、教示した経路がどの交差点を通過したかに着目し、
図５の(a) 、(b) に示すように教示例１、教示例２に対
応したノード列を作成する。その結果て、教示例の数に
応じて複数のノード列が作成されることとなる。
【００４０】そして、軌道生成知識作成部５では、図５
の形で得られた複数のノード列を合成して、図６に示す
ように、目標地点を根Ｒとした木を作成する（ＳＴ
４）。軌道生成知識作成部５にて作成された木Ｔは、そ
の上の任意のノードｎから根Ｒまでの経路が簡単に見つ
かる性質がある。作成された木Ｔは軌道生成知識とし
て、軌道生成知識記憶部６に保存される（ＳＴ５）。
【００４１】次に、ノード列選択部７は軌道生成知識か
ら適当なノード列の選択ができるか否かを判断し（ＳＴ
６）、選択できる場合、目標地点Ｏに移動のための最適
なノード列を選択する（ＳＴ７）。具体的には、ノード
列選択部７は、移動ロボットが現在の位置から目標地点
Ｏに移動する場合、軌道生成知識記憶部６から木Ｔをロ
ードする。そして、最も近い交差点がその木Ｔの上にノ
ードｎとして存在するか否かを判断し、ノードｎとして
存在するときは、そのノードｎから根Ｒまでのノード列
を出力する。
【００４２】しかし、ノードｎとして存在しないとき
は、そのノードｎ1 から、木Ｔの上に存在する任意のノ
ードｎ2 までの経路を、ステップ制限や時間制限などの
ついたグラフ探索アルゴリズムを用いて求める。そし
て、求められた場合は、ｎ1 からｎ2 、およびｎ2 らか
ら根Ｒまでのノード列を出力する。なお、求められなか
った場合は、ＳＴ２の「教示」に戻って、オペレータに
現在の地点から目標地点Ｏまでの道順を教示してもら
う。
【００４３】続いて、軌道生成部８は、ノード列選択部
７から出力されたノード列を用いてサブゴールとなる交
差点までの軌道を順次生成し、最終的に移動先の目標地
点Ｏまで移動ロボット２の軌道を生成する（ＳＴ８）。
よって、本方法例のロボット制御方法によれば、予め与
えた少回数の教示内容を活用して、短時間で移動ロボッ
ト２の軌道を生成することができる。
【００４４】（第２方法例）次に、前記装置例のロボッ
ト制御装置αを用いたロボット制御方法の第２方法例に
ついて説明する。なお、図８は多角形障害物Ｏb1、Ｏb2
の存在する環境例を示し、図９は図８の環境例を領域に
分割したものであり、図１０は図９から作成したグラフ
である。本方法例は、図８に示すように、多角形障害物
Ｏb1、Ｏb2が存在する環境で、移動ロボット２を特定の
目標地点Ｏまで移動させることとする。
【００４５】また、移動ロボット２の大きさは環境に比
べて無視できるとする。なお、本方法例の手順ＳＴ' １
〜ＳＴ' ８は前記第１方法例の手順ＳＴ１〜ＳＴ８とス
テップ構成と同じなので、フローチャートを省略するこ
ととした。
【００４６】まず、グラフ生成部３にてグラフを作成す
る（ＳＴ' １）。グラフは、作業環境の多角形障害物の
辺を含むような直線Ｌで空間を分割して、図９に示すよ
うに領域を作成する。そして、図１０に示すように、分
割された各領域をノードｎ、隣接関係をリンクｒとした
グラフを生成する。
【００４７】次に、オペレータが教示装置９を使用し
て、いくつかの典型的な動作（作業軌道例）を教示する
（ＳＴ' ２）。続いて、ノード列生成部４は、教示され
た作業軌道例（教示例）をグラフにマッピングしてノー
ド列を作成する（ＳＴ' ３）。具体的には、ノード列生
成部４は教示した動作がどの領域を通過したかに着目
し、それに対応したノード列を作成する。したがって、
教示数に応じてノード列が作成される。
【００４８】そして、軌道生成知識作成部５では、ノー
ド列を合成して、目標地点を根とした木を作り（ＳＴ'
４）、これを軌道生成知識記憶部６に保存する（ＳＴ'
５）。次に、ノード列選択部７は、前記方法例と同様に
軌道生成知識から適当なノード列の選択ができるか否か
を判断し（ＳＴ' ６）、選択できる場合、目標地点Ｏに
移動のための最適なノード列を選択する（ＳＴ' ７）。
【００４９】続いて、軌道生成部８は、ノード列選択部
７から出力されたノード列に対応する領域を調べ、その
領域に属する点（例えば、領域の重心や頂点の一つ）を
サブゴールとし、現在の点とサブゴールとの間を直線な
どで結ぶことで軌道を生成し、移動ロボット２を移動さ
せる（ＳＴ' ８）。
【００５０】なお、本方法例では便宜的に移動ロボット
２の大きさを無視できると仮定したが、移動ロボット２
が多角形形状の場合でも、様相空間（移動ロボット２が
障害物と非干渉となる位置を記述した空間）に上述の手
法を適用すれば実施可能となる。以上説明した第１及び
第２方法例のロボット制御方法は、広域な道路を走行し
て人や荷物を輸送する車両ロボット、又は障害物の存在
する建物のフロアを走行してサービスを提供するサービ
スロボットの制御に最適である。
【００５１】（応用例）次に、本発明の応用例について
説明する。ここで、図１１は本応用例のロボット制御装
置βの構成を示し、図１２はマニピュレータ１０の姿勢
表現の説明を示し、図１３はマニピュレータ１０のリン
ク１０ａの頂点ｐが障害物Ｏb の面ｆと接触している状
況を示し、図１４はマニピュレータ１０のリンク１０ａ
の面ｆが障害物Ｏb の頂点ｐと接触している状況を示
し、図１５はマニピュレータ１０のリンク１０ａの辺ｄ
が障害物Ｏb の辺ｅと接触している状況を示す。
【００５２】なお、本応用例では、マニピュレータ１０
を用いて多面体の操作物体Ｗを多面体の障害物Ｏb の存
在する環境でピックアンドプレース作業を行うこととす
る。本応用例のロボット制御装置βは、センサ１にて作
業状況を把握して、マニピュレータ１０を駆動制御する
ものであって、前記した装置例のロボット制御装置αと
同様に、グラフ生成部３、ノード列生成部４、軌道生成
知識作成部５、軌道生成知識記憶部６、ノード列選択部
７、軌道生成部８からなる。
【００５３】本応用例では、例えば、マニピュレータ１
０のホームポジションと、操作物体Ｗのプレース位置が
一定で、操作物体Ｗのピック位置が不定の場合は次のよ
うに考える。マニピュレータ１０がホームポジションか
ら、操作物体Ｗのピック位置に向かうときは、仮想的
に、ピック位置をマニピュレータ１０の初期位置、ホー
ムポジションを目標位置と考えてマニピュレータ１０の
作業軌道を生成し、その逆動作を実行する。
【００５４】マニピュレータ１０がピック位置で操作物
体Ｗをつかみ、プレース位置に向かう場合は、操作物体
Ｗを便宜上マニピュレータ１０の一部として考え、ピッ
ク位置をマニピュレータ１０の初期位置、プレース位置
を目標位置と考えて動作を生成し実行する。
【００５５】さらに、例えば、操作物体Ｗのピック位
置、プレース位置が共に不定の場合は次のように考え
る。ピック位置、プレース位置を移動する間に、ある一
定の位置Ｐを必ず通るものとする。ピック位置からＰま
での動作を生成し実行する。プレース位置からＰまでの
動作を生成し、その逆動作を実行する。他のケースも上
述の考え方に準じて実現する。
【００５６】以下、本応用例の装置を使用した制御方法
の手順を説明する。なお、本制御方法の手順ＳＴ''１〜
ＳＴ''８は前記第１方法例の手順ＳＴ１〜ＳＴ８とステ
ップ構成が同じなので、フローチャートを省略すること
とした。
【００５７】まず、グラフ生成部３にて以下の手順にて
グラフを生成する（ＳＴ''１）。マニピュレータ１０の
リンク１０ａの形状を多面体近似する。マニピュレータ
１０の姿勢が、図１２に示すように、ｑ1 からｑn （ｎ
は正整数）のパラメータで表現できるとする（例えば、
回転関節の角度、直動関節の変位）。マニピュレータ１
０のリンク１０ａと障害物Ｏb の干渉／非干渉の境界面
は多面体が凸の場合は以下の３種類が存在することにな
る。
【００５８】(1) 境界面がリンク１０ａの項点ｐと障害
物Ｏb の面ｆの接触となるタイプ（図１３参照）。図１
３のｐの座標はｑ1 からｑn のパラメータの関数ｐ（ｑ
1 ，…，ｑn ）として表される。また、ｆはａ・ｘ＋ｂ
＝0 という平面の式で表される（ａは定ベクトル、ｂは
定数、ａ・ｘはベクトルａ（以下ａと略しベクトルを表
すものとする）とベクトルｘの内積）。このとき境界面
はａ・ｐ（ｑ1 ，…，ｑn ）＋ｂ＝0 となり、ｑ1 ，
…，ｑn を軸とする状態空間はａ・ｐ（ｑ1 ，…，ｑn
）＋ｂ＞0 とａ・ｐ（ｑ1 ，…，ｑn ）＋ｂ＜0 の部
分に分割できる。
【００５９】(2) 境界面がリンク１０ａの面ｆと障害物
Ｏb の頂点ｐの接触となるタイプ（図１４参照）。図１
４のｆはｑ1 からｑn をパラメータとして、ａ（ｑ1 ，
…，ｑn ）・ｘ＋b （ｑ1 ，…，ｑn ）＝0 と表され
る。このとき、境界面はａ（ｑ1 ，…，ｑn）・ｐ＋b
（ｑ1 ，…，ｑn ）＝0 となり、ｑ1 ，…，ｑn を軸と
する状態空間はａ（ｑ1 ，…，ｑn ）・ｐ＋b （ｑ1 ，
…，ｑn ）＞0 とａ（ｑ1 ，…，ｑn）・ｐ＋b （ｑ1
，…，ｑn ）＜0 の部分に分割できる。
【００６０】(3) 境界面がリンク１０ａの辺ｄと障害物
の辺ｅの接触となるタイプ（図１５参照）。図１５のｄ
とｅの両方に垂直で、リンク１０ａに関して外向きのベ
クトルｎ（以下ｎと略しベクトルを表すものとする）を
考える。ｄ、ｅ上の任意の点ｐ、ｑを考え、ｐからｑへ
のベクトルをｒ（以下ｒと略しベクトルを表すものとす
る）とする。
【００６１】ｎとｒはそれぞれｑ1 からｑn のパラメー
タの関数ｎ（ｑ1 ，…，ｑn ）、ｒ（ｑ1 ，…，ｑn ）
として表される。このとき境界面はｎ（ｑ1 ，…，ｑn
）・ｒ（ｑ1 ，…，ｑn ）＝０となり、ｑ1 ，…，ｑn
を軸とする状態空間はｎ（ｑ1 ，…，ｑn ）・ｒ（ｑ1
，…，ｑn ）＞０とｎ（ｑ1 ，…，ｑn ）・ｒ（ｑ1，
…，ｑn ）＜0 の部分に分割できる。よって、ｑ1 ，
…，ｑn を軸とする状態空間を上述の境界面で領域に分
割し、各領域をノード、隣接関係をリンクとしてグラフ
を作成する。
【００６２】次に、オペレータが教示装置９を使用し
て、いくつかの典型的な動作（作業軌道例）を教示する
（ＳＴ''２）。そして、ノード列生成部４は、教示され
た作業軌道例（教示例）をグラフにマッピングしてノー
ド列を生成する（ＳＴ''３）。具体的には、ノード列生
成部４は教示した動作がどの領域を通過したかに着目
し、それに対応したノードの列を作成する。したがっ
て、教示された作業軌道例に応じてノード列が作成され
る。
【００６３】続いて、軌道生成知識作成部６では、ノー
ド列を合成して、目標位置を根とした木を作り（ＳＴ''
４）、これを軌道生成知識記憶部８に保存する（ＳＴ''
５）。そして、ノード列選択部７は、第１方法例と同様
に軌道生成知識から適当なノード列の選択ができるか否
かを判断し（ＳＴ''６）、選択できる場合、目標位置ま
での最適なノード列を選択する（ＳＴ''７）。
【００６４】次に、軌道生成部８は、ノード列選択部７
から出力されたノード列に対応する領域を調べ、制約付
非線形最適化問題としてその領域に属する点を求め、サ
ブゴールとして作業軌道を生成する（ＳＴ''８）。制約
付非線形最適化問題を解く手法としてはパウニル法など
が知られている。現在の点とサブゴールとの間は、従来
のパスプランニング方式の手法を活用して軌道を生成
し、マニピュレータ１０ａを動作させる。この場合、従
来のパスプランニング方式を用いても、探索する空間の
範囲が限られるので、計算機による計算量が非現実的な
ものにはならない。
【００６５】したがって、本応用例のロボット制御装置
βを使用したロボット制御方法は、部品供給位置が一定
であって、かつ部品設置位置が異なるピックアンドプレ
ース作業、部品組み付け位置が一定であって、かつ部品
供給位置が不定の組立作業、部屋の中に散乱した物体を
定位置にもどす整頓作業、又は部品を落した時に、それ
を拾い直して、組み付けを続行するエラーリカバリ作業
を行う場合に最適である。
【００６６】以上本発明の代表的な装置例、方法例及び
応用例について説明したが、本発明は必ずしも当該装置
例の手段及び当該方法例の手法等だけに限定されるもの
ではない。本発明の目的を達成し、後述する効果を有す
る範囲内において適宜変更して実施することができるも
のである。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、作業軌道
例をノード列とし、かつ複数のノード列を木構造の軌道
生成知識にまとめて保存して置くので、移動ロボットや
操作物体の位置が変化しても、大きな計算機コストと時
間をかけることなく、予め与えられた小量の教示知識を
活用して、効率良く作業軌道を生成することができると
いう効果を奏する。すなわち、移動ロボットや操作物体
の位置が変化する度に、ロボットの動作を再教示すると
いう面倒な手間を減らすことができ、予め与えた少回数
の教示内容を活用して、短時間で作業軌道を生成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置例のロボット制御装置の構成を示
したブロック図である。
【図２】本発明の方法例において移動ロボットの移動先
の目標点を示した地図である。
【図３】図２の地図から作成したグラフである。
【図４】図２の地図において教示した道順の２例（教示
例１、２）を示した図である。
【図５】教示例のノード列を示した図であって、(a) は
教示例１のノード列、(b) は教示例２のノード列を示し
た図である。
【図６】教示例１のノード列と教示例２のノード列を合
成して作成した木を示す図である。
【図７】本発明の第１方法例の手順を示したフローチャ
ートである。
【図８】多角形障害物Ｏb1、Ｏb2の存在する環境例を示
した説明図である。
【図９】図８の環境例を領域に分割した説明図である。
【図１０】図９の環境例の領域分割から作成したグラフ
である。
【図１１】本発明の応用例のロボット制御装置の構成を
示したブロック図である。
【図１２】同上の応用例におけるマニピュレータ１０の
姿勢表現を示した説明図である。
【図１３】マニピュレータ１０のリンク１０ａの頂点ｐ
が障害物Ｏb の面ｆと接触している状況を示した説明図
である。
【図１４】マニピュレータ１０のリンク１０ａの面ｆが
障害物Ｏb の頂点ｐと接触している状況を示した説明図
である。
【図１５】マニピュレータ１０のリンク１０ａの辺ｄが
障害物Ｏb の辺ｅと接触している状況を示した説明図で
ある。
【符号の説明】
１…センサ ２…移動ロボット ３…グラフ生成部 ４…ノード列生成部 ５…軌道生成知識作成部 ６…軌道生成知識記憶部 ７…ノード列選択部 ８…軌道生成部 ９…教示装置 １０…マニピュレータ １０ａ…リンク α、β…ロボット制御装置 Ｌ…直線 Ｍ…マップ Ｏ…目標地点 Ｒ…根 Ｔ…木 ｄ、ｅ…辺 ｆ…面 ｎ…ノード ｐ…頂点 ｒ…リンク Ｏb 、Ｏb1、Ｏb2…障害物

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ロボット制御手段にてロボットの作業軌道
    を生成するに当り、 １つ以上の出発点から１つ以上の到達点に至る所定の作
    業環境に対応した複数の順路を各々ノード列情報として
    用意して置き、 作業内容に応じ選択した最適ノード列情報から作業軌道
    を生成する、 ことを特徴とするロボット制御方法。
  2. 【請求項２】前記所定の作業環境に対応した複数の順路
    は、 道順である、 ことを特徴とする請求項１に記載のロボット制御方法。
  3. 【請求項３】前記所定の作業環境に対応した複数の順路
    は、 当該作業環境の多角形障害物の辺を含むような直線で様
    相空間を複数分割して作成した各分割領域内に属する当
    該多角形障害物との任意非干渉点に設定したノード群に
    亙る回避行動路である、 ことを特徴とする請求項１に記載のロボット制御方法。
  4. 【請求項４】前記ロボットは、 自己の現在位置を検出認識し得る自律タイプである、 ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロボット
    制御方法。
  5. 【請求項５】前記ロボットは、 自己の現在位置を外部から入力する他律タイプである、 ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロボット
    制御方法。
  6. 【請求項６】前記ノード列情報は、 複数のノード列の共通部分を合成して枝分れした木構造
    様の一体化複合情報を取る、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の
    ロボット制御方法。
  7. 【請求項７】前記ロボット制御手段は、 前記ロボット現在位置が前記ノード列のノード位置にな
    い場合、最も近い位置のノード位置までの経路を、ステ
    ップ制限や時間制限などのついたグラフ探索アルゴリズ
    ムを用いて求める、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記
    載のロボット制御方法。
  8. 【請求項８】前記各分割領域内に属する多角形障害物と
    の位置非干渉点へのノード設定は、 前記ロボットの動作機構の各形状を多面体近似と見做し
    て処理する、 ことを特徴とする請求項３に記載のロボット制御方法。
  9. 【請求項９】ロボット制御手段にてロボットの作業軌道
    を生成するに当り、 作業環境の構造に関するグラフをノードとリンクで生成
    し、教示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフに
    マッピングしてノード列を生成し、複数の作業軌道例か
    ら生成された複数のノード列を木構造の軌道生成知識に
    まとめて保存して置き、 予め与えられた作業に最適なノード列を前記軌道生成知
    識から選択し、当該選択したノード列から作業軌道を生
    成する、 ことを特徴とするロボット制御方法。
  10. 【請求項１０】ロボット制御手段にて移動ロボットの作
    業軌道を生成するに当り、 作業環境の構造に関するグラフをノードとリンクで生成
    し、教示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフに
    マッピングしてノード列を生成し、複数の作業軌道例か
    ら生成された複数のノード列を木構造の軌道生成知識に
    まとめて保存して置き、 センサにて前記移動ロボットの位置情報を得て、移動先
    の目標位置までの距離が最短となるノード列を前記軌道
    生成知識から選択し、当該選択したノード列にて作業軌
    道を生成する、 ことを特徴とするロボット制御方法。
  11. 【請求項１１】前記移動ロボットは、 広域な道路を走行して人や荷物を輸送する車両ロボッ
    ト、又は障害物の存在する建物のフロアを走行してサー
    ビスを提供するサービスロボットである、 ことを特徴とする請求項１０に記載のロボット制御方
    法。
  12. 【請求項１２】前記グラフは、 地図を基に生成され、交差点や行き止まりをノード、そ
    の間の道路をリンクとした、 ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のロボット
    制御方法。
  13. 【請求項１３】ロボット制御手段にてロボットの作業軌
    道を生成するに当り、 作業環境の構造に関するグラフをノードとリンクで生成
    し、教示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフに
    マッピングしてノード列を生成し、複数の作業軌道例か
    ら生成された複数のノード列を木構造の軌道生成知識に
    まとめて保存して置き、 センサにて操作物体の位置情報を得て、当該操作物体の
    ピック位置またはプレース位置までの最適なノード列を
    前記軌道生成知識から選択し、当該選択したノード列か
    ら作業軌道を生成する、 ことを特徴とするロボット制御方法。
  14. 【請求項１４】前記ロボットは、 部品供給位置が一定であって、かつ部品設置位置が異な
    るピックアンドプレース作業、部品組み付け位置が一定
    であって、かつ部品供給位置が不定の組立作業、部屋の
    中に散乱した物体を定位置にもどす整頓作業、又は部品
    を落した時に、それを拾い直して、組み付けを続行する
    エラーリカバリ作業を行う作業ロボットである、 ことを特徴とする請求項１３に記載のロボット制御方
    法。
  15. 【請求項１５】前記軌道生成知識から適当なノード列の
    選択ができない場合には、教示者に新たな教示を求め
    て、新たに教示された作業軌道例を基に新たなノード列
    及び木構造を生成して前記軌道生成知識の内容を更新す
    る、 ことを特徴とする請求項９、１０、１１、１２、１３又
    は１４に記載のロボット制御方法。
  16. 【請求項１６】ロボットによる作業環境の構造に関する
    グラフをノードとリンクで生成するグラフ生成部と、 教示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフにマッ
    ピングしてノード列を生成するノード列生成部と、 複数の作業軌道例から作成された複数のノード列を木構
    造の軌道生成知識にまとめる軌道生成知識作成部と、 当該軌道生成知識を保存する軌道生成知識記憶部と、 予め与えられた作業に最適なノード列を前記軌道生成知
    識記憶部に保存された前記軌道生成知識から選択するノ
    ード列選択部と、 選択されたノード列からロボットの作業軌道を生成する
    軌道生成部と、を備えた、 ことを特徴とするロボット制御装置。
  17. 【請求項１７】移動ロボットによる作業環境の構造に関
    するグラフをノードとリンクで生成するグラフ生成部
    と、 教示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフにマッ
    ピングしてノード列を生成するノード列生成部と、 複数の作業軌道例から生成された複数のノード列を木構
    造の軌道生成知識にまとめる軌道生成知識作成部と、 当該軌道生成知識を保存する軌道生成知識記憶部と、 前記移動ロボットの位置情報を得るセンサと、 前記移動ロボットの位置情報を基に前記移動ロボットの
    移動先の目標位置までの距離が最短となるノード列を前
    記軌道生成知識から選択するノード列選択部と、 選択されたノード列から前記移動ロボットの作業軌道を
    生成する軌道生成部と、を備えた、 ことを特徴とするロボット制御装置。
  18. 【請求項１８】前記移動ロボットは、 広域な道路を走行して人や荷物を輸送する車両ロボッ
    ト、又は障害物の存在する建物のフロアを走行してサー
    ビスを提供するサービスロボットである、 ことを特徴とする請求項１７に記載のロボット制御装
    置。
  19. 【請求項１９】前記グラフは、 地図を基に生成され、交差点や行き止まりをノード、そ
    の間の道路をリンクとした、 ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載のロボット
    制御装置。
  20. 【請求項２０】ロボットによる作業環境の構造に関する
    グラフをノードとリンクで生成するグラフ生成部と、 教示装置にて教示された作業軌道例を前記グラフにマッ
    ピングしてノード列を生成するノード列生成部と、 複数の作業軌道例から作成された複数のノード列を木構
    造の軌道生成知識にまとめる軌道生成知識作成部と、 当該軌道生成知識を保存する軌道生成知識記憶部と、 操作物体の位置情報を得るセンサと、 前記操作物体の位置情報をもとに当該操作物体のピック
    位置またはプレース位置までの最適なノード列を前記軌
    道生成知識から選択するノード列選択部と、 選択されたノード列からロボットの作業軌道を生成する
    軌道生成部と、を備えた、 ことを特徴とするロボット制御装置。
  21. 【請求項２１】前記ロボットは、 部品供給位置が一定であって、かつ部品設置位置が異な
    るピックアンドプレース作業、部品組み付け位置が一定
    であって、かつ部品供給位置が不定の組立作業、部屋の
    中に散乱した物体を定位置にもどす整頓作業、又は部品
    を落した時に、それを拾い直して、組み付けを続行する
    エラーリカバリ作業を行う作業ロボットである、 ことを特徴とする請求項２０に記載のロボット制御装
    置。
  22. 【請求項２２】前記ノード列選択部は、 さらに前記軌道生成知識から適当なノード列の選択がで
    きない場合、教示者に新たな教示要求を前記教示装置に
    出力する機能を有する、 ことを特徴とする請求項１６、１７、１８、１９、２０
    又は２１に記載のロボット制御装置。
JP8216501A 1996-08-16 1996-08-16 ロボット制御方法及び装置 Pending JPH1063327A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108290293A (zh) * 2015-11-16 2018-07-17 早石直广 链路序列映射装置，链路序列映射方法和程序

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108290293A (zh) * 2015-11-16 2018-07-17 早石直广 链路序列映射装置，链路序列映射方法和程序
CN108290293B (zh) * 2015-11-16 2021-05-14 株式会社计数技研 链路序列映射装置，链路序列映射方法和程序

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