JPS6330908A - Arm orbit planning method for robot and wave front propagating device - Google Patents
Arm orbit planning method for robot and wave front propagating deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はロボットのプログラミング・システムにおける
軌道計画、および産業用ロボットや、原子炉等において
点検保守を行う保全ロボット等のリアルタイム障害物回
避に係るものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to trajectory planning in robot programming systems and real-time obstacle avoidance for industrial robots and maintenance robots that perform inspection and maintenance in nuclear reactors, etc. It is something.
従来ロボットの軌道計画は、人工知能の分野で研究され
、大型の汎用計算機、または、Li5pなど主に人工知
能研究に用いられる言語を実行する高価な専用計算機で
行われていた。Conventionally, robot trajectory planning has been researched in the field of artificial intelligence, and has been carried out on large general-purpose computers or expensive dedicated computers that run languages such as Li5p, which are mainly used in artificial intelligence research.
ここでは、従来の軌道計画のアルゴリズムの一例を説明
する。Here, an example of a conventional trajectory planning algorithm will be explained.
一般に、N自由度のロボットは、N個の関節を持ち、各
関節を適当に動かすことによってエンド・エフェクタを
移動させる。人間は、三次元直交座標系で、ロボットの
動きを観察し、障害物を認識しているが、ロボットは各
関節の関節角により姿勢を制御しているため、関節角の
直接的表現形式として姿勢空間(Configurat
ion−Space 、以下(ニー5pace と略す
)を考える。N自由度のロボットのlニー3pace
はN次元空間で、各軸に各関節が割り当てである。2自
由度のロボットのC−5pace の−例を第2図に示
す。ロボットの姿勢と(”−8pace上での一点(第
2図の四角い黒点)が一対一に対応し、ロボットが動く
ことは、C−3pace上では点が移動することに相当
する。Generally, a robot with N degrees of freedom has N joints and moves an end effector by appropriately moving each joint. Humans observe the robot's movements and recognize obstacles using a three-dimensional orthogonal coordinate system, but since the robot's posture is controlled by the joint angles of each joint, the joint angles cannot be expressed directly. Posture space
Consider ion-Space, hereinafter (abbreviated as knee-5pace). l knee 3 pace of robot with N degrees of freedom
is an N-dimensional space, and each joint is assigned to each axis. An example of a C-5pace robot with two degrees of freedom is shown in FIG. There is a one-to-one correspondence between the robot's posture and a point (square black dot in FIG. 2) on the (''-8 pace), and the movement of the robot corresponds to the movement of a point on the C-3 pace.
(−−8pace上で障害物を回避して軌道を計画する
ためには、ロボットの作業環境での障害物を[ニー3p
aceへ写像しなければならない(第2図0l−05)
。基本的には、ロボットや障害物の幾何モデルなどを利
用して、各姿勢に対して干渉チェックを行うことになる
。作業環境内でロボットのアームのリンクのうちひとっ
ても障害物と干渉すれば、その姿勢に対応するCu5p
ace上の位置は「障害物」になる。[ニー3pace
中で「障害物jでない部分(自由空間: Free−
3pace )に対応する作業環境の部分ではロボット
・アームのどのリンクも障害物と干渉しない、つまり作
業環境内でそのような姿勢をとることができることを示
している。(--In order to avoid obstacles and plan a trajectory on 8pace, it is necessary to avoid obstacles in the robot's work environment by [knee 3p
Must be mapped to ace (Figure 2 0l-05)
. Basically, interference checks are performed for each posture using a geometric model of the robot or obstacle. If even one of the robot's arm links interferes with an obstacle in the work environment, the Cu5p will adapt to that posture.
The position on the ace becomes an "obstacle". [knee 3 pace
Among them, ``The part that is not an obstacle j (free space: Free-
In the part of the working environment corresponding to 3pace), none of the links of the robot arm interfere with obstacles, indicating that it is possible to assume such a posture within the working environment.
このため、軌道計画の問題は、C−3pace上では、
出発点における初期姿勢から到着点における最終姿勢ま
で、自由空間を通って移動する経路を探索する間頭に置
き換えられる。探索の手間を減らすために、まず、自由
空間をなるべく大きな基本的な領域に分割し、少数の領
域の集合に変換する(第2図5l−510)。次に、第
3図に示すようにこれらの接続関係を接続グラフとして
表現する。こうすると、軌道計画の間詰は、初期姿勢を
含む領域S6から最終姿勢を含む領域510まての接続
グラフ上での経路の探索問題になる。Therefore, the problem of trajectory planning on C-3pace is
It replaces the head while searching for a path through free space from the initial pose at the starting point to the final pose at the arrival point. In order to reduce the search effort, the free space is first divided into as large basic regions as possible and converted into a set of a small number of regions (FIG. 2, 5l-510). Next, these connection relationships are expressed as a connection graph as shown in FIG. In this way, the problem of closing the trajectory plan becomes a problem of searching for a route on the connection graph from the region S6 including the initial attitude to the region 510 including the final attitude.
グラフの探索の様々な手法が研究されているが、単純な
探索戦略を用いると無駄?=探索を非常に多く行うこと
になるので、基本的には、より高度な探索戦略を用いて
、無駄のない探索を行おうとするのが一役的である。高
度な探索戦略を用いるためには、必然的に複雑な計算を
しなければならない。そのためには高速汎用計算機が必
要であり、当然そのような大型計算機をロボットに搭載
してリアルタイムでロボットが軌道計画をすることは側
底できない。Various methods of graph exploration have been studied, but are simple exploration strategies wasteful? = Since a large number of searches will be performed, it is basically important to use more advanced search strategies to perform efficient searches. The use of advanced search strategies necessarily requires complex calculations. To do this, a high-speed general-purpose computer is required, and of course it is impossible to mount such a large computer on a robot and allow the robot to plan its trajectory in real time.
本発明の目的は、ロボットに搭載できる程度の小型のハ
ードウェアを使用してロボットがリアルタイムで軌道計
画をすることができるようにしたロボットのアームの軌
道計画法とその方法を実施するハードウェアに利用する
波面伝播装置とを提供することにある。An object of the present invention is to provide a robot arm trajectory planning method that enables a robot to plan a trajectory in real time using hardware small enough to be mounted on the robot, and hardware for implementing the method. An object of the present invention is to provide a wavefront propagation device for use in the present invention.
上記の目的を達成するため本発明では、記憶容量が大き
く高速でアクセスできるメモリを利用し、処理すべき情
報量を大きくし、それに応じて軌道決定のためのアルゴ
リズムを単純化し、それを実行するためのハードウェア
をロボットに搭載できる程度の規模としている。In order to achieve the above object, the present invention utilizes a memory that has a large storage capacity and can be accessed at high speed, increases the amount of information to be processed, simplifies the algorithm for trajectory determination, and executes it accordingly. The scale is such that the hardware for this purpose can be mounted on a robot.
本発明のロボットのアームの軌道計画法によれば、先ず
N個の自由度をもつロボットのアームが動く作業環境の
障害物とアームの初期姿勢と最終姿勢とをマツプしたN
次元姿勢空間(C−3pace)をつくり、この姿勢空
間をサブ空間に分割して障害物のない自由空間をそれら
のサブ空間の集合として表現し、−次元データに変換し
て、記憶容量が大きく高速でアクセスできるメモリに蓄
積する。According to the robot arm trajectory planning method of the present invention, first, obstacles in the work environment in which the robot arm moves, which has N degrees of freedom, and the initial and final postures of the arm are mapped.
A dimensional posture space (C-3pace) is created, this posture space is divided into subspaces, a free space without obstacles is expressed as a set of these subspaces, and it is converted to -dimensional data, which has a large storage capacity. Store in memory that can be accessed quickly.
次に、このメモリから繰出される一次元データを近傍演
算による膨張処理という形で処理して迷路法の探索社格
を実施する。すなわち、メモリから繰出される一次元デ
ータについて初期姿勢及び又は最終姿勢近傍のサブ空間
を波面・距離表示し、そして波面表示したサブ空間近傍
のサブ空間を順次波面・距離表示する。これを、波面・
距離表示したサブ空間が相互に近傍に、又は前記の初期
姿勢もしくは最終姿勢近傍に接近するまで繰返して行う
。サブ空間についての波面・距離表示データを蓄積して
おき、次に波面相互の接近点から初期姿勢と最終姿勢と
に向って、又は波面が接近した初期姿勢から最終姿勢に
向って(もしくは波面が接近した最終姿勢から初期姿勢
に向って)距離の短かくなる方向にサブ空間を辿ってロ
ボットのアームの軌道を計画する。Next, the one-dimensional data retrieved from this memory is processed in the form of expansion processing using neighborhood calculations to perform the maze method search. That is, for the one-dimensional data retrieved from the memory, subspaces near the initial attitude and/or final attitude are displayed as wavefronts and distances, and subspaces near the subspaces displayed as wavefronts are sequentially displayed as wavefronts and distances. This can be used as a wave surface.
This process is repeated until the subspaces whose distances are displayed are close to each other or close to the initial or final posture. The wavefront/distance display data for the subspace is accumulated, and then the wavefronts are moved from the point of approach to the initial attitude and the final attitude, or from the initial attitude where the wavefronts have approached towards the final attitude (or when the wavefront is The trajectory of the robot's arm is planned by following the subspace in the direction of decreasing distance (from the final approach approach to the initial attitude).
本発明は上記のロボットのアームの軌道計画法を実施す
るため、上記のメモリに2N+1個の出力端子を有する
遅延素子を接続し、これらの出力端子は遅延素子に沿っ
て展開したサブ空間のうち近傍点となり得るサブ空間が
同時的に存在する位置に配置し、それにより姿勢空間に
波面を伝播させていくようにしている。In order to implement the trajectory planning method of the robot arm described above, the present invention connects a delay element having 2N+1 output terminals to the memory described above, and these output terminals are arranged in a subspace developed along the delay element. It is placed at a position where subspaces that can be neighboring points exist simultaneously, thereby propagating the wavefront in the attitude space.
第1図を参照して本発明の軌道計画法の一実施例を説明
する。An embodiment of the trajectory planning method of the present invention will be described with reference to FIG.
第1−(1)図に示すように、本発明では、N次元空間
であるC−5paceを形状の等しいサブ空間に分割し
ている。自由空間の表現については、従来技術では第2
図に示すように、最小数の形状の簡単な領域に分割し、
これらの領域の接続関係を明らかにして自由空間を表現
して′いたのに対し、本発明では同形状の簡単な領域(
サブ空間)に分割し、これらの領域の集合として自由空
間を表現している。As shown in FIG. 1-(1), in the present invention, the N-dimensional space C-5pace is divided into subspaces of equal shape. Regarding the representation of free space, the conventional technology
Divide into simple regions of minimum number of shapes as shown in the figure,
Whereas the free space was expressed by clarifying the connection relationships between these regions, in the present invention, simple regions of the same shape (
The free space is expressed as a set of these regions.
各サブ空間をその中心点である格子点に代表させて扱う
。こうすると、経路探索はロボットの初期姿勢、最終姿
勢の格子点から波面を自由空間内で膨張させることによ
り行うことができる。Each subspace is treated as being represented by a grid point, which is its center point. In this way, route searching can be performed by expanding the wavefront in free space from the grid points of the initial and final postures of the robot.
概念的には、初期姿勢、最終姿勢の格子点からN次元の
球面波が同時に発生し、2つの波がぶつかった点までの
経路を探索すると考えるのが良い。Conceptually, it is best to think that N-dimensional spherical waves are generated simultaneously from the grid points of the initial attitude and the final attitude, and the path to the point where the two waves collide is searched.
2自由度のロボット・アームのC−5pace ならば
、ちょうど正方形のプールに、C−5pace 中の障
害物に相当する島があり、水面の部分が自由空間になる
と考えればよい(第1−(1)図)。この実施例では初
期姿勢の格子点20a1最終姿勢の格子点20bに相当
する場所に同時に石を落としく第1−(2)図)、水面
上の波面を観察していれば(第1−(3)図)、20C
の点で2つの波面がぶつかるのがわかる(第1− (4
)図)。最短経路は、この波面の経路である(第1−(
5)、(6)図)。3自由度のロボット・アームのC−
3paceならば、空間を波面が球面状に伝播する様子
を思い浮べるとよい。In the case of C-5pace, a robot arm with 2 degrees of freedom, there is an island in a square pool that corresponds to the obstacles in C-5pace, and the water surface becomes free space (Part 1-( 1) Figure). In this example, stones are simultaneously dropped at a location corresponding to the grid point 20a in the initial posture and the grid point 20b in the final posture (Fig. 1-(2)), and if the wave front on the water surface is observed (Fig. 1-(2)). 3) Figure), 20C
It can be seen that the two wavefronts collide at the point (1st - (4
)figure). The shortest path is the path of this wavefront (1st-(
5), (6) Figure). C- of a robot arm with 3 degrees of freedom
In the case of 3pace, it is helpful to imagine a wavefront propagating in space in a spherical shape.
探索のための波面の膨張は、波面が隣接する格子点に移
って行く性質に着目し近傍演算によって行う。すなわち
、波面の広がり又は膨張は波面が次々に近傍点に移って
いくプロセスと考え、未だ波面が到達していない格子点
が波面になるためにはその格子点の近傍点に波面が来て
いなければならない。換言すれば、着目している格子点
の近傍に波面が到達しており、その近傍格子点が波面到
達の情報を担持していることを前記の着目している格子
点で検知したならば、その格子点に波面到達の情報を担
持させ、これを波源から繰返していけばよい。具体的に
は、着目する格子点を中心にその近傍格子点のみ見るこ
とができる窓(2次元C−3paceの場合は着目する
サブ空間と境を接している4つのサブ空間を見ることの
できる十文字型の開口W(第1− (1)図))を有す
るテンプレートで C−5paceの全面を掃引し、波
源(初期姿勢及び又は最終姿勢の格子点)へ向って順次
隣接サブ空間を拾って着目しているサブ空間が新しい波
面になるかどうかをチェックしていくと、波面を順次に
膨張させることができる。The expansion of the wavefront for searching is performed by neighborhood calculations, focusing on the property that the wavefront moves to adjacent grid points. In other words, the spreading or expansion of a wavefront is considered to be a process in which the wavefront moves to neighboring points one after another, and in order for a lattice point to which the wavefront has not yet reached to become a wavefront, the wavefront must arrive at a point near that lattice point. Must be. In other words, if it is detected at the lattice point of interest that the wavefront has arrived near the lattice point of interest, and that the neighboring lattice point carries information about the arrival of the wavefront, then It is sufficient to make the lattice points carry information about the arrival of the wavefront, and repeat this process from the wave source. Specifically, a window that allows you to see only the neighboring grid points around the grid point of interest (in the case of 2D C-3pace, a window that allows you to see the four subspaces bordering the subspace of interest) Sweep the entire surface of C-5pace using a template with a cross-shaped aperture W (Fig. 1-(1)), and sequentially pick up adjacent subspaces toward the wave source (lattice point of initial attitude and/or final attitude). By checking whether the subspace of interest becomes a new wavefront, the wavefront can be expanded sequentially.
このようなN次元のデータは、N次元そのままの構造で
記憶、処理するのは難しいため、−次元配列とする。N
次元データを一次元データに変換するには、N次元のう
ち先ず一つの軸に着目してこの軸を固定すると、N−1
次元のデータになる(例えば3次元xyz空間ならば、
Z軸に着目してこの軸を固定するとxy平面の2次元デ
ータになる)。このように先ずN次元データはN−1次
元データの集合と考えることができ、これを配列すれば
N−1次元データとなる。このN−1次元データを同様
の手法によりN−2次元のデータに変換し、この操作を
繰返して一次元のデータを得る(卑近な例としては画面
を横方向にスキャンして2次元画像データを1次元デー
タとして扱うTV技術における掃引方法がある。)
このような−次元のデータを前記のテンプレートにより
掃引するには近傍点のデータが同時に得られるような回
路構成を採用しなければならない。Since it is difficult to store and process such N-dimensional data with the N-dimensional structure as it is, a -dimensional array is used. N
To convert dimensional data to one-dimensional data, first focus on one axis among N dimensions and fix this axis, then N-1
It becomes dimensional data (for example, if it is a 3-dimensional xyz space,
If we focus on the Z-axis and fix this axis, it becomes two-dimensional data on the xy plane). In this way, first, N-dimensional data can be considered as a set of N-1-dimensional data, and if this is arranged, it becomes N-1-dimensional data. This N-1 dimensional data is converted into N-2 dimensional data using a similar method, and this operation is repeated to obtain 1-dimensional data (a common example is to scan the screen horizontally to obtain 2-dimensional image data). (There is a sweeping method in TV technology that treats data as one-dimensional data.) In order to sweep such -dimensional data using the template described above, it is necessary to adopt a circuit configuration that allows data of neighboring points to be obtained at the same time.
ところが(−8pace のデータは長大な一次元配列
になっているので、N次元の空間で近傍点でも、−次元
配列上では、かなり離れた位置にあるデータになってし
まう。そこで、本発明では一次元配列のデータを端から
順に流す構成にして、シフトレジスタなどの遅延素子を
用い、上下・左右に隣接する2N個の格子に相当する位
置の情報を取り出し、近傍点の情報を同時に得られるよ
うにした波面伝播装置を用いる。However, (-8 pace data is a long one-dimensional array, so even if it is a nearby point in the N-dimensional space, it becomes data that is located quite far away on the -dimensional array. Therefore, in the present invention, By using a configuration in which data in a one-dimensional array is passed sequentially from the end, using delay elements such as shift registers, information on positions corresponding to 2N grids adjacent to each other vertically and horizontally can be extracted, and information on neighboring points can be obtained simultaneously. A wavefront propagation device is used.
この波面伝播装置の動作原理を第4図を参照して説明す
る。たとえば第4−(1)図に示した2自由度のロボッ
トの[ニー5paceでは上下・左右の4個の近傍点(
Tl、2.4.5)の検出が必要である。The operating principle of this wavefront propagation device will be explained with reference to FIG. For example, in the case of the robot with two degrees of freedom shown in Figure 4-(1), the four neighboring points on the top, bottom, left and right (
Detection of Tl, 2.4.5) is required.
1ニー3paceのデータは横方向に掃引して一次元の
データに直しているので、左右の格子点(T2、T4)
のデータは、−次元のデータに直してもやはり前後のデ
ータである。上下の格子点(Tl、T5)のデータは横
方向の格子点の数だけ前後に離れた位置にある。第4図
の例では漢方向に30の格子点があるので、上下の格子
点の情報を得るために長さ60の遅延段数を用意すれば
よい。このとき第4−(2)図に示すように、遅延素子
の人口と出口の部分に上下の格子点のデータがあり、遅
延素子の中心である300段目、着目している格子点(
T3)のデータがある。左右の格子点(T2、T4)の
データは299段目31段目になる。The 1 knee 3 pace data is converted to one-dimensional data by sweeping it horizontally, so the left and right grid points (T2, T4)
Even if the data is converted into -dimensional data, it is still the previous and subsequent data. The data of the upper and lower grid points (Tl, T5) are located at positions spaced apart by the number of grid points in the horizontal direction. In the example of FIG. 4, there are 30 grid points in the Chinese direction, so it is sufficient to prepare delay stages of length 60 in order to obtain information on the upper and lower grid points. At this time, as shown in Figure 4-(2), there is data for the upper and lower lattice points in the population and exit portions of the delay element, and the 300th stage, which is the center of the delay element, is the lattice point of interest (
There is data for T3). The data of the left and right grid points (T2, T4) are in the 299th row and the 31st row.
このようにして抽出した近傍点の情報を次のようにして
処理して波面を膨張させる。The information on the neighboring points extracted in this way is processed as follows to expand the wavefront.
今、仮に各格子点には整数のデータを書込むことができ
、障害物には−1、自由空間(Free −5pace
)には0、初期姿勢の格子点および最終姿勢の格子点に
1が書込まれているとする。また、各波面が初期姿勢、
最終姿勢のどちらから来たものかは別のビットに書込ん
でおく。この時膨張処理は、抽出した近傍点の情報に対
して、第5図に示すようにして行うことができる。Now, suppose we can write integer data to each grid point, -1 for obstacles, and free space (Free -5 pace).
) is written as 0, and 1 is written in the grid points of the initial posture and the grid points of the final posture. Also, each wavefront has an initial attitude,
Write in a separate bit which side of the final attitude it came from. At this time, the expansion process can be performed on the information of the extracted neighboring points as shown in FIG.
まず着目している格子点が障害物ならば(判断14es
)、波面の膨張とは無関係でありそのま5のデータを出
力する(処理2)。また、すでに波面が到達していて、
波面・距離表示されていれば(判断2:Yes)、改め
て処理する必要はなく、そのま5のデータを出力する(
処理2)。どの近傍点にも波面が到達していなければ(
判断3:Yes)、新しく着目している格子点を波面・
距離表示することはできないので、そのま5のデータを
出力する(処理2)。着目している格子点に波面が未到
着で、近傍の格子点が波面・距離表示されていれば(判
断1.2.3すべてNO)、距離を計算して、新しく波
面・距離表示する(処理1)。First, if the grid point we are focusing on is an obstacle (judgment 14es
), it has nothing to do with the expansion of the wavefront and outputs the data of 5 as it is (processing 2). Also, the wave front has already arrived,
If the wavefront/distance is displayed (judgment 2: Yes), there is no need to process it again, and the data in 5 is output as is (
Processing 2). If the wavefront has not reached any neighboring points (
Judgment 3: Yes), change the newly focused grid point to the wavefront
Since the distance cannot be displayed, the data of 5 is output as is (processing 2). If the wavefront has not arrived at the grid point of interest and the wavefront/distance is displayed for the neighboring grid point (NO in all judgments 1, 2, and 3), calculate the distance and display the new wavefront/distance ( Processing 1).
波面がぶつかるかどうかの監視は、近傍に初期姿勢から
来た波面と最終姿勢から来た波面が両方あるかどうかを
検出することで行える。2つの波面がぶつかったところ
で膨張処理を中止し、データを蓄積保存し、次いでこの
衝突点から値の小さい近傍の点へ移って行けば良い。初
期姿勢20aから波面の衝突点20cまでの経路の探索
は、波面の衝突点20Cを出発点として以下の処理を行
えば良い(第1− (5)参照)。Monitoring whether the wavefronts collide can be performed by detecting whether there are both a wavefront from the initial attitude and a wavefront from the final attitude nearby. When the two wavefronts collide, the expansion process is stopped, the data is accumulated and saved, and then the data is moved from the collision point to a nearby point with a smaller value. To search for a path from the initial attitude 20a to the wavefront collision point 20c, the following process may be performed using the wavefront collision point 20C as a starting point (see 1-(5)).
・近傍点のうち初期姿勢からの波面の値が書込んである
格子点で、最も値の小さい点を選び、その点へ移る。こ
れを初期姿勢の格子点20aに到達するまで続ける。・Among the neighboring points, choose the point with the smallest value among the grid points where the wavefront values from the initial attitude are written, and move to that point. This is continued until the grid point 20a of the initial attitude is reached.
波面の衝突点20cから最林姿u20bまでの経路の探
索は、同様に波面の衝突点20cを出発点として以下の
処理を行えば良い。To search for a route from the wave front collision point 20c to the most forested figure u20b, the following process may be performed using the wave front collision point 20c as a starting point.
・近傍点のうち最終姿勢からの波面の値が書込んである
格子点で、最も値の小さい点を選び、その点へ移る。こ
れを最終姿勢の格子点になるまで続ける。・Among the neighboring points, choose the point with the smallest value among the grid points where the value of the wavefront from the final attitude is written, and move to that point. Continue this until you reach the grid point of the final posture.
この結果を合わせると初期姿勢20aから最終姿勢20
bまでの最短経路が求まる。Combining these results, the initial posture is 20a to the final posture is 20.
Find the shortest path to b.
上記の実施例は初期姿勢と最終姿勢の格子点を波源とし
ているが、別の実施例として初期姿勢の格子点を波源と
して最終姿勢の格子点に波面が到達するように波面膨張
させることもでき、又この反対に最終姿勢の格子点を波
源として初期姿勢の格子点に波面が到達するように波面
膨張させることもできるが、計算時間の短縮という点で
は上記の実施例が有利である。In the above embodiment, the lattice points of the initial attitude and the final attitude are used as the wave sources, but in another embodiment, the lattice point of the initial attitude can be used as the wave source and the wavefront is expanded so that the wave front reaches the lattice point of the final attitude. On the other hand, it is also possible to expand the wavefront so that the wavefront reaches the lattice point of the initial attitude using the lattice point of the final attitude as a wave source, but the above embodiment is advantageous in terms of shortening the calculation time.
各格子点には、初期姿勢、最終姿勢の格子点からの距離
が書込まれるため、ある程度のビット数が必要である。A certain number of bits is required for each grid point because the distance from the grid point of the initial attitude and final attitude is written.
メモリ容量などの制約で多くのビット数を確保できない
場合には、自動配線で用いられているコード化の手法を
使うことができる。If a large number of bits cannot be secured due to constraints such as memory capacity, the encoding method used in automatic wiring can be used.
たとえば、距離を1.2.3に限定しても3の次に1が
書込まれるようにしておけば、波面がぶつかった点から
同じように初期姿勢、最終姿勢の格子点へ経路をたどる
ことができる。For example, even if the distance is limited to 1.2.3, if 1 is written next to 3, the path will be traced from the point where the wave front collided to the grid point of the initial attitude and final attitude in the same way. be able to.
本発明に従って波面伝播装置を利用しロボットのアーム
の軌道を計画する装置の一例を第6図に示す。An example of a device for planning the trajectory of a robot arm using a wavefront propagation device according to the present invention is shown in FIG.
第6図において、1はC−5paceの情報を保持する
メモリ、2は遅延素子、3は膨張処理演算装置、4は遅
延素子2と演算装置3とから成る波面膨張モジニール、
5は波面の膨張結果を保持するメモリ、ソして6は軌道
探索のための汎用プロセサである。In FIG. 6, 1 is a memory that holds information on C-5pace, 2 is a delay element, 3 is an expansion processing arithmetic unit, and 4 is a wavefront expansion module consisting of the delay element 2 and the arithmetic unit 3;
5 is a memory that holds the wavefront expansion results, and 6 is a general-purpose processor for trajectory search.
動作については既に上に述べた情報処理の説明と重複す
ることになるので簡単に述べること5する。メモリ1か
ら繰り出される(ニー3paceの一次元データは遅延
素子2に沿って展開され、2N個の近傍点の情報と着目
点の情報とが同時に2N+1個の出力端子に現われる。The operation will be described briefly as it overlaps with the information processing described above. The one-dimensional data of the knee 3 pace is read out from the memory 1 and expanded along the delay element 2, and information on 2N neighboring points and information on the point of interest appear simultaneously at 2N+1 output terminals.
これらの情報を膨張処理演算装置3により第5図のフロ
ーチャートに従って処理し、その結果をメモリ5に保存
する。メモリ1に保存されたデータが波面膨張モジニー
ル4を通過すると、C−5pace全面にわたって一回
掃引したことになる。波面衝突までこの掃引を反復する
(第1− (2)図の波面膨張は2回掃引の結果であり
、第1−(3)図の波面膨張は6回掃引の結果であり、
そして第1−(4)図の波面膨張は波面衝突までの掃引
の結果を示す)。波面衝突までの波面膨張(第1−(4
)図)の結果のデータがメモリ5に保持される。These pieces of information are processed by the expansion processing arithmetic unit 3 according to the flowchart in FIG. 5, and the results are stored in the memory 5. When the data stored in the memory 1 passes through the wavefront expansion module 4, it is swept once over the entire surface of the C-5pace. This sweep is repeated until the wavefront collides (the wavefront expansion in Figure 1-(2) is the result of two sweeps, and the wavefront expansion in Figure 1-(3) is the result of six sweeps,
The wavefront expansion in Figure 1-(4) shows the result of sweeping up to the wavefront collision). Wavefront expansion until wavefront collision (1st-(4th
) The resultant data in Figure) is held in the memory 5.
汎用プロセッサ6がメモリ5のデータを処理して軌道を
探索する。A general-purpose processor 6 processes the data in the memory 5 to search for a trajectory.
第7図は、本発明に従って波面伝播装置を利用しロボッ
トのアームの軌道を計画する装置の別の例を第7図に示
す。FIG. 7 shows another example of a device for planning the trajectory of a robot arm using a wavefront propagation device according to the present invention.
第6図の装置との差異は、第6図の装置では、膨張処理
の結果をメモリ5に蓄え、1つの波面膨張モジュール4
を必要回数だけ使用するのに対して、第7図の装置にお
いては、波面膨張モジュール4を多段に直列結合させて
配置し、多段の膨張処理を一度に行わせることにある。The difference from the device shown in FIG. 6 is that in the device shown in FIG.
In contrast, in the apparatus shown in FIG. 7, the wavefront expansion modules 4 are connected in series in multiple stages to perform expansion processing in multiple stages at once.
波面膨張モジュール4においては遅延素子2に起因する
処理の時間遅れkが存在する。メモリ1に保持された(
:j;paceのデータをすべて読み出すのに必要な時
間をβとすると、n−k>βを満たすような整数nが求
まる。n段の波面膨張モジュールをデータが通過するに
はn−にの時間がかかる。この時間経過時には最初の波
面膨張モジニール4(1)はメモリ1に保持された情報
処理を終っており、nF9を目の出力を処理できる状態
にある。つまりn個の波面膨張モジュールをリング状に
接続して、膨張処理をパイプライン、方式で高速処理す
る。このきき波面の衝突は膨張演算装置3において監視
し、衝突が検出され次第、膨張処理の結果をメモリ5に
読み出す。In the wavefront expansion module 4, there is a processing time delay k caused by the delay element 2. held in memory 1 (
:j; Let β be the time required to read all the data of pace, then an integer n that satisfies nk>β is found. It takes n- time for data to pass through the n-stage wavefront expansion module. When this time has elapsed, the first wavefront expansion module 4(1) has finished processing the information held in the memory 1, and the nF9 is in a state where it can process the output of the eye. In other words, n wavefront expansion modules are connected in a ring shape, and expansion processing is performed at high speed using a pipeline method. This collision of the wave fronts is monitored in the expansion calculation device 3, and as soon as a collision is detected, the result of the expansion process is read out to the memory 5.
第8図は、本発明に従って波面伝播装置を利用しロボッ
トのアームの軌道を計画する装置の更に別の例を示す。FIG. 8 shows yet another example of a device for planning the trajectory of a robot arm using a wavefront propagation device according to the present invention.
第7図の装置との差異は、第8図の装置は干渉チェック
モジュール7を各膨張処理モジュールの直後に接続した
ことにある。第7図の装置においては、予めC−3pa
ceの障害物の情報を算出し、メモリ1に保持しておか
ねばならなかったのに対し、第8図の装置においてはC
−3paceの障害物の検出も、波面の膨張処理と同時
に行うことができる。The difference from the apparatus shown in FIG. 7 is that the apparatus shown in FIG. 8 has an interference check module 7 connected immediately after each expansion processing module. In the apparatus shown in FIG. 7, C-3pa is
CE obstacle information had to be calculated and stored in memory 1, whereas in the device shown in Fig.
-3 pace obstacle detection can also be performed simultaneously with wavefront expansion processing.
多段直列接続の膨張処理モジュール4(1)〜4(n)
の。Expansion processing modules 4(1) to 4(n) connected in multi-stage series
of.
間では一格子点のデータは順次受は渡されるようになっ
ている。そこで、干渉チェックモジュール7を設けて、
膨張処理演算装置3の出力に現われる一格子のデータか
らロボットのアームのその格子点に相当する関節角を知
り、この関節角の姿勢をロボットにとらしてそのとき作
業環境内で障害物とロボットが干渉するか否かを判断し
、干渉するとその格子点を障害物として登録する。波面
の膨張と同時にC−5pace の障害物の算出ができ
るため、予めC−3paceの障害物を算出しておく必
要がないという利点がある。Between them, the data for one lattice point is received and passed sequentially. Therefore, an interference check module 7 is provided,
From the data of one grid appearing in the output of the expansion processing calculation unit 3, the joint angle corresponding to that grid point of the robot's arm is known, and the robot takes the posture of this joint angle to avoid obstacles and the robot in the working environment. If there is interference, the grid point is registered as an obstacle. Since the C-5 pace obstacles can be calculated simultaneously with the expansion of the wavefront, there is an advantage that there is no need to calculate the C-3 pace obstacles in advance.
本発明はこれまで複雑なプログラムを用いて行われてい
たロボットの軌道計画を、膨張処理と言う単純な繰り返
し演算を専用ハードウェアで行うことにより、より高速
に、より小規模の装着で実現することを可能にするもの
であり、ロボットの機能を高めることができるものであ
る。The present invention accomplishes robot trajectory planning, which has traditionally been done using complex programs, by using dedicated hardware to perform a simple repetitive operation called dilation processing, thereby achieving faster speed and smaller installations. It is possible to improve the functionality of robots.
第1− (1)、1−(2)、1− (3)、1− (
4)、1− (5)及び1−(6)図は、本発明の基本
的動作の様子を2自由度のロボット・アームの場合につ
いて、視覚的に図示したものである。
第2図は従来の軌道計画法、特に自由空間の表現法を説
明する図である。
第3図は従来の軌道計画法、特に軌道を探索する際の接
続グラフを第2図の場合について示す。
第4−(1)図と第4−(2)図は遅延素子を用いて一
次元データから近傍点を得るための方法を説明する図で
ある。
第5図は膨張処理演算装置における情報処理の手順を示
すフローチャートである。
第6図は本発明の軌道計画法を実施する軌道計画装置の
一例を示すブロック図である。
第7図は軌道計画装置の別の例を示すブロック図である
。
第8図は軌道計画装置の更に別の例を示すブロック図で
ある。
図 中 :
1−= ・・・姿勢空間(Configuration
5pace)のデータを保持するメモリ
2・・・・・・遅延素子
3・・・・・・膨張処理演算装置
4・・・・・・膨張処理モジュール
5・・・・・・膨張処理結果を保持するメモリ6・・・
・・・汎用プロセッサ
7・・・・・・干渉チェック・モジュール0a
第2図
第3図
第4図
1ライン分の遅延
第5図
テ゛−夕出力
第7図
第8図1-(1), 1-(2), 1-(3), 1-(
4), 1-(5) and 1-(6) visually illustrate the basic operation of the present invention in the case of a robot arm with two degrees of freedom. FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional trajectory planning method, particularly a free space representation method. FIG. 3 shows a conventional trajectory planning method, particularly a connection graph for searching a trajectory, for the case of FIG. 2. 4-(1) and 4-(2) are diagrams for explaining a method for obtaining neighboring points from one-dimensional data using a delay element. FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of information processing in the expansion processing arithmetic device. FIG. 6 is a block diagram showing an example of a trajectory planning device that implements the trajectory planning method of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing another example of the trajectory planning device. FIG. 8 is a block diagram showing yet another example of the trajectory planning device. In the figure: 1-= ...Position space (Configuration
5 pace) memory 2... Delay element 3... Dilation processing calculation unit 4... Dilation processing module 5... Holds the results of the dilation process. Memory 6...
...General-purpose processor 7...Interference check module 0a Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Delay by one line Fig. 5 Tate output Fig. 7 Fig. 8
Claims (2)
環境の障害物とアームの出発点における初期姿勢と到着
点における最終姿勢とをマップした姿勢空間をつくり; この姿勢空間をサブ空間に分割し; このように分割した姿勢空間を掃引していき、前記の初
期姿勢及び又は最終姿勢近傍のサブ空間を波面・距離表
示し、そして波面表示したサブ空間近傍のサブ空間を順
次波面・距離表示し;波面・距離表示したサブ空間が相
互に近傍に、又は前記の初期姿勢もしくは最終姿勢近傍
に接近したとき掃引を停止し; その接近点から前記の初期姿勢及び又は最終姿勢に向っ
て距離の短かくなる方向にサブ空間を辿ってロボットの
アームの軌道を計画することを特徴としたロボットのア
ームの軌道計画法。(1) Create a posture space that maps the obstacles in the work environment in which the robot arm moves, which has N degrees of freedom, the initial posture at the starting point of the arm, and the final posture at the arrival point; turn this posture space into a subspace. Divide: Sweep the posture space divided in this way, display the wavefront/distance of the subspace near the initial attitude and/or final attitude, and then sequentially display the wavefront/distance of the subspaces near the subspace where the wavefront was displayed. display; wavefront/distance When the displayed subspaces approach each other or near the initial attitude or final attitude, the sweep is stopped; the distance from the point of approach toward the initial attitude and/or final attitude is A trajectory planning method for a robot arm, which is characterized in that the trajectory of the robot arm is planned by tracing the subspace in the direction in which the distance becomes shorter.
環境の障害物とアームの出発点における初期姿勢と到着
点における最終姿勢をマップし、サブ空間に分割した姿
勢空間の情報を蓄積するメモリ;及び このメモリに接続され、2N−1個の出力端子を有する
遅延素子 を備え、前記の出力端子は遅延素子に沿って展開したサ
ブ空間のうち近傍点となり得るサブ空間が同時的に存在
する位置に配置したことを特徴とした波面伝播装置。(2) Map the obstacles in the work environment in which the arm of the robot with N degrees of freedom moves, the initial posture at the starting point of the arm, and the final posture at the arrival point, and accumulate information on the posture space divided into subspaces. a memory; and a delay element connected to this memory and having 2N-1 output terminals, where the output terminal simultaneously exists a subspace that can be a neighboring point among the subspaces developed along the delay element. A wavefront propagation device characterized by being placed at a position where
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17528986A JPH0719175B2 (en) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | Robot arm trajectory planning and wavefront propagation equipment. |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6330908A true JPS6330908A (en) | 1988-02-09 |
JPH0719175B2 JPH0719175B2 (en) | 1995-03-06 |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN114523470A (en) * | 2021-12-30 | 2022-05-24 | 浙江图盛输变电工程有限公司 | Robot operation path planning method based on bearing platform linkage |
CN118544364A (en) * | 2024-07-26 | 2024-08-27 | 湖南大学 | Mechanical arm collision estimation method based on gap reasoning neural network in dynamic scene |
-
1986
- 1986-07-25 JP JP17528986A patent/JPH0719175B2/en not_active Expired - Fee Related
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