JPWO2020066949A1 - ロボットの経路決定装置、ロボットの経路決定方法、プログラム - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態は、ロボットや周辺配置物等の３次元データを、１または複数の球体を配置することで当該３次元データの近似形状データを作成するデータ作成部と、ロボットを移動させたときに近似形状データの干渉が発生するか否かを判定する干渉判定部と、干渉が発生すると判定された場合、近似形状データのうち干渉が発生した球体より大径の球体の表面上に、ロボットが経由する経由点の候補となる複数の候補点を設定する候補点設定部と、始点から候補点までの経路、および、候補点から終点までの経路において近似形状データの干渉が発生しない候補点を、複数の候補点の中から特定する候補点特定部と、特定された候補点から経由点を選択可能となるように表示する表示制御部と、を備えたロボットの経路決定装置である。

Description

本発明は、ロボットの経路決定装置、ロボットの経路決定方法、および、プログラムに関する。

ロボットが動作したときに、ロボット同士、またはロボットと周辺部品との間の干渉の有無をシミュレーションで判定する経路決定装置が知られている。

例えば日本国公開公報特開２００８−２５４１７２号公報には、ロボットの教示点の情報とロボットの周囲環境モデルの情報とを格納する記憶部を有しロボットプログラムをオフラインで作成するプログラミング部と、ロボット制御部と、を備えたロボットプログラム作成装置が記載されている。日本国公開公報特開２００８−２５４１７２号公報では、ロボット制御部は、ロボットの動作を制御し、ロボットを実際の教示点に移動させ、実際の教示点の情報を捕え、ロボットプログラム上の教示点の情報を修正する。

また、日本国公開公報特開２０１４−０２４１６２号公報には、アームと、アームの先端に設けられたエンドエフェクターと、からなる可動部を、複数の教示点に沿って移動させる時に、教示点の位置情報と障害物の位置情報とに基づいて可動部と障害物とが干渉するか否かを判定することが記載されている。日本国公開公報特開２０１４−０２４１６２号公報では、第１の教示点と第２の教示点との間で可動部と障害物とが干渉すると判定された場合に、接近制限情報及び離脱制限情報に基づいて第１の教示点と第２の教示点との間に教示点が追加される。

日本国公開公報：特開２００８−２５４１７２号公報 日本国公開公報：特開２０１４−０２４１６２号公報

しかし、日本国公開公報特開２００８−２５４１７２号公報では、実機で修正する必要がある教示点を表示部の画面に一覧表示し、オペレータがこの画面を見てプログラム部に修正要の教示情報を送信する操作が必要となる。

他方、日本国公開公報特開２０１４−０２４１６２号公報では、干渉有無の判定を行い、さらにエンドエフェクターの様々な情報から変更先の教示点を計算する必要があるため、干渉を回避するように経路修正するのに長い時間が掛かるという難点がある。

そこで、本発明は、簡易な操作で、かつ短時間で、干渉を回避するロボットの動作経路を生成できるようにすることを目的とする。

本願の例示的な第１発明は、ロボット、前記ロボットの作業対象となるワーク、および、前記ロボットの周辺に配置される周辺配置物のうち少なくともいずれかの３次元データを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶される３次元データを、当該３次元データの外表面を覆うように１または複数の球体を配置することで当該３次元データの近似形状データを作成するデータ作成部と、始点から終点までの経路において前記ロボットを移動させたときに、前記近似形状データの干渉が発生するか否かを判定する干渉判定部と、前記干渉判定部によって干渉が発生すると判定された場合、前記近似形状データのうち干渉が発生した球体より大径の球体の表面上に、前記ロボットが経由する経由点の候補となる複数の候補点を設定する候補点設定部と、前記始点から候補点までの経路、および、候補点から前記終点までの経路において前記ロボットに移動させたときに、前記近似形状データの干渉が発生しない候補点を、前記複数の候補点の中から特定する候補点特定部と、前記候補点特定部によって特定された候補点を、当該候補点の中からユーザが前記経由点を選択可能となるように、表示装置に表示する表示制御部と、を備えたロボットの経路決定装置である。

本発明によれば、簡易な操作で、かつ短時間で、干渉を回避するロボットの動作経路を生成できる。

図１は、実施形態の経路決定装置の全体構成について示す図である。 図２は、実施形態の経路決定装置に含まれる各装置のハードウェア構成を示す図である。 図３は、実施形態の一例に係る３次元ＣＡＤ用ウィンドウを示す図である。 図４は、実施形態の一例に係る教示用ウィンドウを示す図である。 図５は、ジョブを概念的に説明するための図である。 図６は、タスクを概念的に説明するための図である。 図７は、実施形態の一例に係る教示用ウィンドウの遷移を示す図である。 図８は、タスクリストの表示例を示す図である。 図９は、タスクリストの表示例を示す図である。 図１０は、ロボットの３次元モデルと異なるレベルの近似形状データとを例示する図である。 図１１は、ロボットおよび部品のデータ構成を概念的に示す図である。 図１２は、実施形態の一例に係る教示用ウィンドウの遷移を示す図である。 図１３は、球体同士の干渉判定方法について説明する図である。 図１４は、ロボットの３次元モデルと部品とが干渉する場合の表示態様を例示する図である。 図１５は、実施形態の一例に係る教示用ウィンドウの遷移を示す図である。 図１６は、実施形態に係る干渉判定のフローチャートの一例である。 図１７は、ロボットの経由点の決定方法を示すフローチャートの一例である。 図１８は、候補点の設定について説明する図である。 図１９は、候補点の表示例について示す図である。 図２０は、決定済みの経由点から終点までの経路で干渉する場合について説明する図である。 図２１は、決定済みの経由点から終点までの間の経路で新たな候補点を設定する場合について示す図である。 図２２は、候補点の好ましい設定例について説明する図である。 図２３は、実施形態に係る経路決定装置の機能ブロック図である。 図２４は、図１７のフローチャートの変形例である。

以下、本発明のロボットの経路決定装置の実施形態について説明する。

以下の説明において、ロボットの要素作業を「タスク」という。ロボットの要素作業とは、物体を「取る」や「置く」等、一連の作業の中でロボットが行う最小単位の作業を意味する。

「部品」とは、ロボットの作業の対象となる物体を意味し、ロボットが把持する物体（例えば、工場内のワーク）に限らず、ロボットの周辺に配置される周辺配置物（例えば、ロボットが把持する物体を置く棚）をも含む。

ロボットの「基準点」は、後述するロボットのアプローチ点、目標点、デパーチャ点等のロボットの教示点の基準となるロボットの位置を意味し、例えばロボットの作用点（ＴＣＰ：Tool Center Point）である。

ロボットの経路決定装置は、ロボット自体の干渉（例えば、ハンドとアームの干渉）、あるいはロボットと部品との干渉の有無をシミュレーションによって判定する装置である。ロボットの経路決定装置によって、ロボットの実機に接続しないオフラインティーチングを支援することができる。

（１）本実施形態に係る経路決定装置の構成

以下、本実施形態の経路決定装置１の構成について、図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の経路決定装置１の全体構成について示す図である。図２は、本実施形態の経路決定装置１に含まれる各装置のハードウェア構成を示す図である。

図１に示すように、経路決定装置１は、情報処理装置２およびロボット制御装置３を備える。情報処理装置２とロボット制御装置３とは、例えばイーサネット（登録商標）ケーブルＥＣにより通信可能に接続される。

情報処理装置２は、工場のラインに設置されたロボットに対して動作を教示するための装置である。情報処理装置２は、オペレータによるオフラインティーチングを行うために設けられており、例えばロボットが設置される工場から離れた位置（例えば、オペレータの作業場所）に配置される。

ロボット制御装置３は、情報処理装置２から送信されるロボットプログラムを実行する。本実施形態ではロボット制御装置３はロボットと接続されないが、ロボットと接続された場合には、ロボットプログラムの実行結果に応じた制御パルスをロボットに送り、ロボットを動作させることが可能である。そのため、ロボット制御装置３は、好ましくはロボットの実機の近傍に配置される。

図２に示すように、情報処理装置２は、制御部２１と、ストレージ２２と、入力装置２３と、表示装置２４と、通信インタフェース部２５とを備える。

制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＲＯＭには、３次元ＣＡＤアプリケーションプログラムと教示ソフトウェアが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭ上の３次元ＣＡＤアプリケーションソフトウェア（以下、適宜「ＣＡＤソフトウェア」という。）と教示ソフトウェアをＲＡＭに展開して実行する。教示ソフトウェアとＣＡＤソフトウェアは、ＡＰＩ（Application Program Interface）を介して協調して処理を実行する。

制御部２１は、ＣＡＤソフトウェアによる動画再生を行うために、フレーム単位で画像を連続的に表示装置２４に表示させる。

ストレージ２２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）等の大容量記憶装置であり、制御部２１のＣＰＵにより逐次アクセス可能に構成されている。後述するように、ストレージ２２には、ロボットプログラム２２１、階層型リストデータベース２２２、３次元モデルデータベース２２３、実行ログデータベース２２４、および、近似形状モデルデータベース２２５（これらのデータベースについては、図２３を参照）が格納される。

階層型リストデータベース２２２には、後述する階層型リストを構成するデータが含まれる。

３次元モデルデータベース２２３には、ＣＡＤソフトウェアを実行するときに参照される３次元モデルのデータが含まれる。本実施形態の例では、３次元モデルデータベース２２３には、ロボットおよび部品（例えば、後述するペン、キャップ、製品、ペントレイ、キャップトレイ、製品トレイ）の３次元モデルのデータが含まれる。

実行ログデータベース２２４には、ロボット制御装置３から取得した実行ログデータが含まれる。実行ログデータは、ロボットプログラムの実行結果と、後述するロボット状態データとを含む。ロボット状態データは、３次元ＣＡＤによってロボットの動作を仮想空間内で動画（アニメーション）により再現するため、および、後述する干渉判定を行うために使用される。

近似形状モデルデータベース２２５には、近似形状データが当該近似形状データの基礎となる３次元モデル（３次元データの一例）に対応付けられている。近似形状データは、後述するように、３次元モデルを球体の集合によって近似したデータである。

ストレージ２２は、記憶部の一例である。

入力装置２３は、オペレータによる操作入力を受け付けるためのデバイスであり、ポインティングデバイスを含む。

表示装置２４は、教示ソフトウェアおよびＣＡＤソフトウェアの実行結果を表示するためのデバイスであり、表示駆動回路および表示パネルを含む。

通信インタフェース部２５は、ロボット制御装置３との間でイーサネット通信を行うための通信回路を含む。

ロボット制御装置３は、制御部３１と、ストレージ３２と、通信インタフェース部３３とを備える。

制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、制御回路を含む。制御部３１は、情報処理装置２から受信するロボットプログラムを実行し、実行ログデータを出力する。上述したように、実行ログデータには、ロボットプログラムの実行結果と、ロボットプログラムに記述された作業を実行するロボットのロボット状態データとを含む。

ストレージ３２は、ロボットのマニピュレータ（アーム５１、ハンド５２を含むロボット本体）のモデルのデータ（例えばリンクパラメータ等）を備えている。制御部３１は、ロボットプログラムの実行結果に基づいて、マニピュレータを構成する各部のジョブを実行中の時間の経過に応じた物理量（例えば、所定の基準時間（例えば１ｍｓ）ごとの関節角、基準点の座標位置等のデータ）を演算する。かかる物理量のデータが上記ロボット状態データに含まれる。

ストレージ３２は、ＨＤＤあるいはＳＳＤ等の大容量記憶装置であり、制御部３１のＣＰＵにより逐次アクセス可能に構成されている。ストレージ３２には、ロボットのマニピュレータのモデルのデータの他に、情報処理装置２から送信されるロボットプログラムと、実行ログデータとが格納される。

通信インタフェース部３３は、情報処理装置２との間でイーサネット通信を行うための通信回路を含む。

（２）オフラインティーチングにおけるユーザインタフェース

ロボットのシミュレーションを実行する前に、オペレータは、情報処理装置２を使用して、ロボットに対するオフラインティーチングを行い、ロボットプログラムを作成する。ロボットプログラムを作成するに当たって、本実施形態の好ましい例では、ＣＡＤソフトウェアと教示ソフトウェアを情報処理装置２に実行させる。

ＣＡＤソフトウェアの実行結果はＣＡＤ用ウィンドウに表示され、教示ソフトウェアの実行結果は教示用ウィンドウに表示される。オペレータは、ＣＡＤ用ウィンドウと教示用ウィンドウの両方を情報処理装置２に表示させ、あるいはＣＡＤ用ウィンドウと教示用ウィンドウを切り替えながら情報処理装置２に表示させ、ティーチングやＣＡＤによる動画再生に関連する操作を行う。

図３に、本実施形態の一例に係るＣＡＤ用ウィンドウＷ１を示す。図３には、テーブルＴＬの上に、ロボットＲと、ペントレイ１１と、キャップトレイ１２と、治具１３と、製品トレイ１４とが、仮想空間に配置された状態の画像（以下、適宜「ＣＡＤ画像」という。）が表示されている。

図３に示す例では、ロボットＲがペンにキャップを嵌めて製品（ペンにキャップが嵌められた状態の完成品）を組み立てる一連の作業を行うことが想定されている。ペントレイ１１には複数のペンからなるペン群Ｐが配置され、キャップトレイ１２には複数のキャップからなるキャップ群Ｃが配置されている。治具１３は、ロボットＲがペンを一時的に配置してキャップを嵌める作業を行うための部材である。製品トレイ１４は、製品を置くための部材である。

図３に示す例では、ペン群Ｐに含まれる各ペン、キャップ群Ｃに含まれる各キャップ、ペントレイ１１、キャップトレイ１２、治具１３、製品トレイ１４の各々は、ロボットＲの作業対象である部品の例である。また、ペンにキャップが嵌められた製品も部品の例である。

各ペン、各キャップ、および、ペンにキャップが嵌められた製品は、それぞれワークの一例である。ペントレイ１１、キャップトレイ１２、治具１３、および、製品トレイ１４は、それぞれ周辺配置物の一例である。

（２−１）階層型リスト

図４に、本実施形態の一例に係る教示用ウィンドウＷ２を示す。教示用ウィンドウＷ２に表示されているのは、図３のＣＡＤ画像に含まれているロボットＲ、および、部品の階層関係を示す階層型リストである。

教示ソフトウェアは、ＣＡＤソフトウェアと連携して階層型リストを作成することができる。階層型リストとして木構造のデータフォーマットが教示ソフトウェアによって用意される。オペレータは、ＣＡＤ用ウィンドウと教示用ウィンドウを表示させた状態で、ＣＡＤ画像内のロボットＲおよび部品をポインティングデバイスで選択した状態で上記木構造のデータフォーマットの所望のノードまでドラッグする操作を行う。この操作を、ロボットＲの教示を行うのに必要となるすべての部品に対して順に行うことで、階層型リストを完成させることができる。階層型リストに表示される各ノードの名称は、元となる３次元モデルの名称がそのまま適用されてもよいが、後で名称を変更できるようにしてもよい。

以下の説明では、ＣＡＤ画像内のロボットＲ、部品を階層型リストのいずれかのノードに含めるようにすることを、ロボットＲ又は部品を「階層型リストに登録する」という。図３では、ロボットが１体である場合のＣＡＤ画像を例示しているが、ロボットが２体以上存在する場合には、当該２体以上のロボットを階層型リストに登録することができる。

図４に示す階層型リストにおいて、ロボットＲ（Robot_R）のノードの下層には、ハンドに関連する３個のノードが設けられている。ハンドに対して複数のノードを設けているのは、ハンドに想定される作業状態を考慮するためである。すなわち、ノード６１〜６３は、以下の内容を意味する。

・ノード６１（Pen）…ペンを把持する作業に対応したハンド

・ノード６２（Cap）…キャップを把持する作業に対応したハンド

・ノード６３（Pen_with_Cap）…キャップが嵌められたペンを把持する作業に対応したハンド

ノード６１〜６３のいずれかを対象として右クリック操作を行い、「ハンドシーケンス操作」を選択すると、アクチュエーション方式（シングルソレノイド、又はダブルソレノイド等）、センサ種類などのハンドシーケンスに関連する設定を行うことができる。

ハンドシーケンスは、ロボットＲのハンド５２が把持する部品に依存するため、ハンド５２が把持する部品ごとに設定される。ハンドシーケンスが設定されていない場合に後述するタスクを作成した場合には、タスクに基づくプログラムを実行できないため、表示装置２４に警告表示を出力してもよい。

部品の構成要素には、治具（JIG）、ペントレイ（PenTray）、キャップトレイ（CapTray）、製品トレイ（ProductTray）、ペン（Pen1, Pen2,…，Pen12）、キャップ（Cap1, Cap2,…，Cap12）、および、製品（PenProduct1, PenProduct2,…，PenProduct12）が含まれる。

治具（JIG）のノードの下位には、治具を対象とした作業に対応して、例えば、以下のノードが設けられる。

・ノード６４（PenProduct）…製品（PenProduct）を保持した状態の治具

・ノード６５（PenJ）…ペン（Pen）を保持した状態の治具

・ノード６６（CapJ）…キャップ（Cap）を保持した状態の治具

ペントレイ（PenTray）のノードの下位には、ペンPen1, Pen2,…，Pen12に対応する各ノードが設けられる。キャップトレイ（CapTray）のノードの下位には、キャップCap1, Cap2,…，Cap12に対応する各ノードが設けられる。製品トレイ（ProductTray）のノードの下位には、製品PenProduct1, PenProduct2,…，PenProduct12に対応する各ノードが設けられる。

階層型リストの中のロボットＲ（図４のRobot_R）、および部品（治具（JIG）、ペントレイ（PenTray）、キャップトレイ（CapTray）、製品トレイ（ProductTray）、ペンPen1, Pen2,…，Pen12、キャップCap1, Cap2,…，Cap12、および、製品PenProduct1, PenProduct2,…，PenProduct12）の各ノードは、各々に対応する３次元モデルのデータと関連付けられた状態となっている。そのため、階層型リストを作成後に階層型リスト内のロボットＲおよび部品の３次元モデルに変更があった場合であっても、階層型リストに再度登録する必要はない。

（２−２）ジョブおよびタスクについて

次に、ジョブおよびタスクについて、図５および図６を参照して説明する。

図５は、ジョブを概念的に説明するための図である。図６は、タスクを概念的に説明するための図である。

ジョブとは、ロボットＲが行う一連の作業である。タスクとは、前述したように一連の作業の中でロボットＲが行う最小単位の作業である要素作業を意味する。従って、図５に示すように、ジョブ（JOB）に相当する期間には、複数のタスクＴ_１，Ｔ_２，…，Ｔ_ｎ−１，Ｔ_ｎに対応する期間と、ロボットＲのタスク間の移動（以下、適宜「タスク間移動」という。）と、が含まれる。図５に示すように、本実施形態では、ロボットＲが行うジョブに対して複数のタスクが定義される。

各タスクには、複数のモーション（「ロボットＲの動き」を意味する。）Ｍ_１〜Ｍ_ｎが含まれる。タスクには、モーションの他、ハンドシーケンス（ＨＳ）が含まれてもよい。ハンドシーケンスは、ロボットＲのハンド５２による部品の把持についての一連の処理である。隣接するモーションの間には、後述するインターロック等による待機時間ＷＴが設定される場合がある。

図６において、矢印付きの線は、ロボットＲのハンド５２の軌跡を概念的に示している。当該軌跡は、タスクの目標点ＴＰに到達する前の通過点であるアプローチ点ＡＰ１，ＡＰ２と、目標点ＴＰと、目標点ＴＰに到達した後の通過点であるデパーチャ点ＤＰ１，ＤＰ２とを含む。目標点ＴＰは、タスクの対象である部品の位置を示している。

図６に示す例では、アプローチ点ＡＰ１に到達する前のロボットＲの動作が、タスク間の移動（つまり、前のタスクと図６に示すタスクとの間の移動）に相当する。デパーチャ点ＤＰ２から後のロボットＲの動作が、タスク間の移動（つまり、図６に示すタスクと次のタスクとの間の移動）に相当する。アプローチ点ＡＰ１からデパーチャ点ＤＰ２までのロボットＲの動作が１つのタスクに対応し、当該タスク内において隣接する点間のロボットＲの動きが１つのモーションに相当する。

タスクを実行させるロボットプログラムには、タスクの内容に関する情報のほか、目標点ＴＰ、アプローチ点ＡＰ、およびデパーチャ点ＤＰのうち少なくともいずれかの点に関する情報が含まれうる。

図６では、アプローチ点ＡＰ１，ＡＰ２においてそれぞれインターロックＩＬ１，ＩＬ２が設定されている場合が例示されている。インターロックは、他のロボット等との干渉を回避するために、所定の信号が入力されるまで、目標点ＴＰ、アプローチ点ＡＰ、およびデパーチャ点ＤＰの少なくともいずれかの点においてロボットＲの動作を待機させる処理である。

タスクには、インターロックを設定する点と、インターロックによる待機時間のタイムアウト値とを含むインターロック設定に関する情報を含んでもよい。

（２−３）タスクに対応するロボットプログラムの作成

次に、階層型リストを用いたタスクに対応するロボットプログラム（以下、適宜「タスクプログラム」という。）の作成方法について、図４および図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の一例に係る教示用ウィンドウの遷移を示す図である。

図４に示す階層型リストにおいてタスクプログラムを作成するには、先ず、ロボット領域ＲＡに含まれるロボットＲ（Robot_R）のハンド（Hand）のノード６１〜６３のうちいずれかのノードを、オペレータがポインティングデバイスで選択して右クリック操作を行い、「タスク作成」を選択する。すなわち、ノードの選択は、オペレータの操作入力に基づいて、タスクにおけるロボットＲのハンドの把持対象から選択される。

「タスク作成」が選択されると、図７のタスクプログラム作成のための教示用ウィンドウＷ３が表示される。教示用ウィンドウＷ３はタスクの詳細設定を行うための画面であり、タスク名称（Name）と、タスクの種別（Function）、タスクの目標物（Target）の各項目が表示される。ここで、階層型リストのパーツ領域ＰＡの中からいずれかの部品に対応するノードをポインティングデバイスで左クリックすることで、教示用ウィンドウＷ３の目標物（Target）の項目に、左クリックにより選択された部品が入力される。タスクの種別（Function）の欄には、予め設定された複数の種類のタスクの種別（例えば、取る（Pick up）、置く（Place）等）の候補からなるプルダウンメニューの中からいずれかのタスクの種別を選択できるように構成されている。

次いで、階層型リストのパーツ領域ＰＡの中から作業対象となる部品をポインティングデバイスで選択して左クリック操作を行うことにより、教示用ウィンドウＷ３の目標物（Target）の項目に、選択された部品が入力される。

タスクの種別（Function）と目標物（Target）の各項目についてデータが入力されると、当該データに基づいて、タスクの名称（Name）が自動的に決定されて表示される。

例えば、ロボットＲのハンドが何も把持していない状態において、「ペントレイからペンPen1を取る」というタスクを作成するには、図４に示す階層型リストのロボット領域ＲＡ内のノード６１を、オペレータはポインティングデバイスで右クリックしてから「タスク作成」を選択する。次いで、階層型リストのパーツ領域ＰＡの中からペントレイ（PenTray）に対応するノード６７を対象としてポインティングデバイスで左クリック操作を行うことで教示用ウィンドウＷ３の目標物（Target）の項目に、ペントレイ（PenTray）が入力される。タスクの種別（Function）の欄では、複数のタスクの種別の候補の中から「取る（Pick up）」を選択する。そして、階層型リストのパーツ領域ＰＡの中から作業対象となるペンPen1に対応するノード６８を対象としてポインティングデバイスで左クリック操作を行うことで、図７に示す教示用ウィンドウＷ３が表示される。

以上の操作の結果、「ペントレイからペンPen1を取る」というタスクに対応して、“Pickup_Pen1_From_PenTray”という名称のタスクプログラムが作成される。

本実施形態では、要素作業の対象となる部品（ここでは「ペンPen1」）と、要素作業の始点（例えば「ペントレイ」）若しくは終点とを階層型リスト上で指定することで、オペレータは直感的にタスクプログラムを作成することができる。また、タスクプログラムの名称は、タスクの作業内容（例えば「Pickup」）と、タスクの作業対象（例えば「ペンPen1」）と、タスクの始点となる部品（例えば「ペントレイ」）、又は終点となる部品とを含むように自動的に作成されるため、タスクプログラムの名称からタスクの内容が直ちに分かるようになっている。

タスクプログラムを作成する際に、タスクに含まれるアプローチ点ＡＰ、目標点ＴＰ、および、デパーチャ点ＤＰについての情報が自動的に作成されてもよい。あるいは、オペレータが教示用ウィンドウＷ３のボタンｂ１（「詳細設定」）を操作し、１又は複数のアプローチ点及び／又はデパーチャ点を設定してもよい。自動的にアプローチ点ＡＰ、目標点ＴＰ、および、デパーチャ点ＤＰを作成する場合、部品の重心を目標点ＴＰとして設定し、部品の重心を基準とした部品のローカル座標系において所定の軸上（例えばＺ軸上）にアプローチ点ＡＰおよびデパーチャ点ＤＰを設定してもよい。

図７を参照すると、教示用ウィンドウＷ３のボタンｂ１（「詳細設定」）を操作することで、オペレータは、「アプローチ点、デパーチャ点設定」のほか、「モーションパラメータ設定」および「インターロック設定」のいずれかを選択することができる。

モーションパラメータとは、タスクに含まれる隣接するアプローチ点ＡＰ間、アプローチ点ＡＰから目標点ＴＰまでの間、および、目標点ＴＰからデパーチャ点ＤＰまでの間のロボットＲのハンド５２等の動きに関するパラメータである。例えば、かかるパラメータとして、移動速度、加速度、加速時間、減速時間、ロボットＲの姿勢等が挙げられる。「モーションパラメータ設定」を選択することで、上記モーションパラメータをデフォルト値から変更することができる。

「インターロック設定」を選択することで、インターロックの待機時間のタイムアウト値と、待機時間がタイムアウト値を超えてエラーと判断したときの動作の設定とを、デフォルト値から変更することができる。

図７の教示用ウィンドウＷ３には、ボタンｂ２（「作成」）が設けられている。ボタンｂ２（「作成」）が操作されることで、教示用ウィンドウＷ３によって設定されたタスクが後述するタスクリストに登録される。

（２−４）タスクに基づくプログラムの作成

例えば、図６に示すタスクに対応するタスクプログラムは、以下の複数の関数からなり、各関数は、ロボットＲに対応するモーションを実行させるためのプログラム（以下、適宜「モーションプログラム」という。）によって記述されている。

なお、以下のmove(AP1)は、タスク間の移動として別に定義されてもよい。

・move(AP1) …アプローチ点ＡＰ１までの移動

・interlock(IL1)…アプローチ点ＡＰ１でインターロック（ＩＬ１）による待機

・move(AP2)…アプローチ点ＡＰ２までの移動

・interlock(IL2)…アプローチ点ＡＰ２でインターロック（ＩＬ２）による待機

・move(TP)…目標点ＴＰまでの移動

・handSequence()…ハンドシーケンス処理

・move(DP1)…デパーチャ点ＤＰ１までの移動

・move(DP2)…デパーチャ点ＤＰ２までの移動

なお、interlock(IL1)およびinterlock(IL2)の関数において、タスクごとの動作確認を行う場合、プログラムは作成されるが、インターロックによる待機時間のタイムアウト値が無効となっている。

（２−５）タスクリスト

タスクリストとは、ロボットＲが行うジョブに含まれる複数のタスクを含む情報であり、複数のタスクの各々に対応するタスクプログラムの名称の一覧の情報である。特定のジョブを対象として教示用ウィンドウＷ３によって定義されたタスクは、順次、当該ジョブに対応するタスクリストに登録されていく。タスクリストに含まれる複数のタスクの順序は、当該複数のタスクの実行順序を示していることが、ジョブを管理する上で好ましい。

図８の教示用ウィンドウＷ４は、「ペンにキャップを嵌めて製品を組み立てる」という一連の作業であるジョブ（「Pen Assembly」）に対応するタスクリストの一例を表示する。このタスクリストの一例は、以下の(i)〜(vi)の６個のタスクを含む。この場合、タスクプログラム作成のための教示用ウィンドウＷ３によって、括弧内に表された名称のタスクプログラムが作成された場合を示している。

(i) ペントレイからペンを取る (Pickup_Pen1_From_PenTray)

(ii) 取ったペンを治具にセットする (Place_to_PenJ_in_PenProduct)

(iii) キャップトレイからキャップを取る (Pickup_Cap1_From_CapTray)

(iv) 治具上のペンにキャップを嵌める (Place_to_CapJ_in_PenJ)

(v) キャップが嵌められたペンを取る (Pickup_PenProduct_From_JIG)

(vi) キャップが嵌められたペンを製品トレイに置く (Place_to_PenProduct1_in_ProductTray)

オペレータは、タスクリストにおいて、いずれかのタスクをポインティングデバイスで選択した状態でドラッグ操作を行うことで、選択されたタスクをタスクリスト中の任意の順序に設定することができる。

図８に示すように、タスクリストのいずれかのタスクをポインティングデバイスで選択した状態で右クリックを行うと、「タスク編集」、「タスク追加」、「タスク削除」のいずれかの処理を選択できる。ここで、「タスク編集」が選択された場合には、選択されているタスクの教示用ウィンドウＷ３に戻って、当該タスクについての情報を変更することができる。「タスク追加」が選択された場合には、選択されているタスクのすぐ後の順序に、作成済みのタスクを読み込んで挿入するか、あるいは、教示用ウィンドウＷ３に戻ってタスクを作成して挿入することができる。「タスク削除」が選択された場合には、選択されているタスクをタスクリストから削除することができる。

オペレータの操作に応じてタスクプログラムが変更され、追加され、あるいは削除される。

図８に示すように、タスクリスト中の各タスクには、各タスクに含まれる複数のモーションを表示するための展開アイコンＥＩが対応付けられている。いずれかの展開アイコンＥＩを操作することで、操作された展開アイコンＥＩに対応するタスクに含まれる複数のモーションが表示される。例えば、図８のタスクリストにおいてタスクＴ_２に対応する展開アイコンＥＩが操作されると、図９に示す教示用ウィンドウＷ５が表示される。

図９に示す例では、タスクＴ_２には、タスクＴ_２に含まれる以下の複数のモーションを特定する名称であるモーション名称Ｍ_２１〜Ｍ_２５が対応付けられて表示される。

・モーション名称Ｍ_２１… アプローチ点ＡＰ２までの動作 (Approach_point_2)

・モーション名称Ｍ_２２… アプローチ点ＡＰ１までの動作 (Approach_point_1)

・モーション名称Ｍ_２３… 目標点ＴＰまでの動作 (Target_point)

・モーション名称Ｍ_２４… ハンドの動作(Hand-Open)

・モーション名称Ｍ_２５… デパーチャ点ＤＰ１までの動作 (Departure_point_1)

図９に示す教示用ウィンドウＷ５では、展開アイコンＥＩに代えて折畳みアイコンＦＩがタスクＴ_２に対応付けられるとともに、タスクＴ_２に含まれるモーション名称Ｍ_２１〜Ｍ_２５が表示される。なお、折畳みアイコンＦＩが操作されると、モーション名称Ｍ_２１〜Ｍ_２５が非表示となり、再度図８に示す教示用ウィンドウＷ４が表示される。

（２−６）近似形状データについて

本実施形態の経路決定装置１では、後述するタスク内干渉チェックおよびタスク間干渉チェックを高速で実行するために、ロボットおよび部品の３次元モデルと対応付けて、近似形状データが作成されてストレージ２２に記憶される。近似形状データは、３次元モデル同士の干渉の有無を高速で行うために、３次元モデルの外表面を複数の球体で覆うように、３次元モデルを球体の集合によって近似したデータである。

好適には、１つの３次元モデルに対応して、球体のサイズが異なる複数の近似形状データが作成される。

図１０には、ロボットの３次元モデルと異なるレベルの近似形状データとが例示される。図１０において、レベル１、レベル２、および、レベル３の近似形状データは、順に基本形状である球体の径が小さくなっていることがわかる。球体の径が小さいほど近似形状データに含まれる球体の数が多くなるため、レベル３の近似形状データは、３次元モデルの外表面が精度良く再現されたモデルである。また、球体の径をさらに小さくすることで、近似形状データのレベルをさらに上げてもよい。その一方で、干渉判定に要する計算時間については、近似形状データのレベル１〜３の順に多くの時間がかかることになる。本実施形態は、後述するように、近似形状データの低レベルから高レベルへ順に上げていきながら干渉判定を行うことで、短時間で干渉判定を行うように構成される。

近似形状データごとに、異なるレベルの球体のデータがツリー構造で管理されている。例えば、近似形状データの特定のレベル１の球体１つに対して、レベル２の球体２つが対応付けられ、当該レベル２の球体１つに対してレベル３の球体が４つ対応付けられている、といった具合である。

図１１に、ロボットおよび部品のデータ構成を概念的に示す図である。

図１１に示すように、本実施形態では、階層型リストを構成するロボットＲおよび各部品に対して、３次元モデルと、レベル１〜３（Ｌ１〜Ｌ３）の近似形状データとが対応付けられる。ロボットＲの干渉判定結果を可視化するためにロボットＲの動作のシミュレーションを実行するときには、ロボットＲおよび各部品の３次元モデル、または３次元モデルに対応付けられた近似形状データが仮想空間に配置される。

本実施形態では、同一である２以上の３次元モデルに対応付けられる近似形状データが効率的に作成される。すなわち、同一である２以上の３次元モデルのうちいずれかの３次元モデルに対応する近似形状データが作成済みで近似形状モデルデータベース２２５に含まれている場合には、近似形状データが作成されていない３次元モデルに対して、作成済みの近似形状データが対応付けられる。例えば、図１１に示す例において、ペンPen1に対応する３次元モデルに対する近似形状データが作成済みである場合には、残りのペンPen2〜Pen12に対する近似形状データとして、ペンPen1の近似形状データが複製され、ペンPen2〜Pen12に対する３次元モデルに対応付けられる。

ロボットＲに対応する近似形状データを構成する各球体は、それぞれ局所座標を有するか、または局所座標が参照される。ロボットＲに対応する近似形状データの各球体の局所座標は、ロボットＲの各リンク座標系と同じである。

本実施形態の経路決定装置１では、ロボットＲが動作するときの干渉チェックを行うときに、３次元モデルの仮想空間における位置の変更に伴って、３次元モデルに対応する近似形状データの仮想空間内の位置を逐次（例えば、干渉チェックを行う所定期間のタイミング毎に）変更する処理が行われる。このとき、近似形状データの各球体に設定された局所座標を利用して球体の位置の更新が行われる。

例えばロボットＲが６関節ロボットである場合に、ロボットＲの基準座標（ロボット座標）に対する隣接するリンク座標系間の同次変換行列をＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４，Ｔ_５，Ｔ_６とすると、各同次変換行列は、各関節の角度からもとめられる。そこで、本実施形態では、更新後のロボット座標系における球体の原点の座標は、更新前のロボット座標系における球体の原点の座標に対して、同次変換行列Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４，Ｔ_５，Ｔ_６のうち球体が属するリンクに応じた分の１または複数の行列を掛け合わせることで算出される。例えば、Ｔ_１およびＴ_２によって変換される局所座標を有する球体について、変更前および変更後のロボット座標系における球体の原点の座標をＰ_ｔ，Ｐ_ｔ＋１とすると、Ｐ_ｔ＋１＝（Ｔ_１・Ｔ_２）Ｐ_ｔ，となる。なお、ロボットＲの移動に応じて同次変換行列も更新されるため、原点の座標の更新に当たっては、更新後の行列が適用される。

ロボットＲの移動に応じて球体の原点の位置を順次更新していくことで、ロボットＲが移動する度に３次元モデルに球体を再設定する必要がなくなるため、干渉判定処理のさらなる高速化を実現できる。

（２−７）タスク内干渉チェック

次に、タスク内干渉チェックについて、図１２〜図１４を参照して説明する。図１２は、実施形態の一例に係る教示用ウィンドウの遷移を示す図である。図１３は、球体同士の干渉判定方法について説明する図である。図１４は、ロボットの３次元モデルと部品とが干渉する場合の表示態様を例示する図である。

タスク内干渉チェックとは、オペレータによって選択されたタスクをロボットが行ったときに当該タスク内に、ロボット、ワーク、および、周辺配置物の３次元モデルの干渉が仮想空間において発生するか否かを判定することである。

タスク内干渉チェックを実行するには、タスクリストに登録されたいずれかのタスクを選択することにより行う。例えば、図１２に示すように、タスクリストのうちタスクＴ_２のタスク内干渉チェックを行うには、オペレータは、タスクＴ_２を選択した上で右クリックし、ボタンｂ１４（「動作確認」）を選択し、ボタンｂ１４１（「タスク内干渉チェック」）を選択する操作を行う。

タスク内干渉チェックでは、選択されたタスクのタスクプログラムが情報処理装置２からロボット制御装置３へ送信され、ロボット制御装置３においてタスクプログラムが実行される。ロボット制御装置３は、タスクプログラムの実行結果としてロボット状態データを含む実行ログデータを情報処理装置２に返す。ロボット状態データは、マニピュレータ５０のモデルを基に演算された時間の経過に応じたロボットの状態を示す物理量（例えば、所定の基準時間（例えば１ｍｓ）ごとの関節角、基準点の座標位置等）のデータである。

情報処理装置２のＣＡＤソフトウェアは、ロボット状態データに従って仮想空間内でロボットＲおよびロボットＲに把持されたワークの３次元モデルを動作させる。このとき、情報処理装置２は、当該３次元モデルに対応する近似形状データが、他のロボットＲおよび部品の３次元モデルに対応する近似形状データと干渉するか否かについて判定を行う。

干渉判定のタイミングは適宜設定してよいが、例えば、ロボットの基準点が１０ｍｍ移動する度に干渉判定が行われる。干渉判定のタイミングで、前述したように、ロボットの近似形状データを構成する各球体の位置が更新されて、干渉判定に利用される。

本実施形態の例では、近似形状データが複数の球体で構成されているため、干渉の判定処理が容易である。すなわち、図１３において、干渉判定対象の２個の球体が球体Ｃｂ１，Ｃｂ２（各球体の半径ｒ１，ｒ２はレベルに応じて既知である。）とした場合、球体Ｃｂ１，Ｃｂ２のそれぞれのロボット座標系における更新後の原点Ｏ１，Ｏ２が、前述したようにして算出される。そして、原点Ｏ１，Ｏ２間の距離Ｌが、球体Ｃｂ１の半径ｒ１と球体Ｃｂ２の半径ｒ２の和よりも大きい場合には、球体Ｃｂ１と球体Ｃｂ２の干渉が無いと判断できる。逆に、原点Ｏ１，Ｏ２間の距離Ｌが、球体Ｃｂ１の半径ｒ１と球体Ｃｂ２の半径ｒ２の和と同じかそれより小さい場合には、球体Ｃｂ１と球体Ｃｂ２の干渉があると判断できる。球体Ｃｂ１と球体Ｃｂ２の干渉がある場合には、球体Ｃｂ１が属するロボットまたは部品と、球体Ｃｂ２が属するロボットまたは部品とが干渉したと判断される。

ロボットＲ同士およびロボットＲと部品との干渉判定は、基本的には総当りで行われるが、明らかに干渉しない組合せについては干渉判定を行わなくてもよい。例えば、(i) ロボットＲのハンドと、ハンド上のワーク、(ii) 周辺配置物と、周辺配置物に配置されたワーク、(iii) ハンド上のワークと、周辺配置物に配置された当該ワーク、については、干渉判定を行わなくてもよい。(i)については干渉が発生し得ず、(ii)については両者とも静止関係にあるために干渉が発生し得ず、(iii)については同時に存在し得ないもの同士であるためである。

また、干渉判定の対象の特定の組合せについては、タスクの種別に応じて干渉判定を行う期間を限定してもよい。例えば、ロボット若しくは周辺配置物と、ハンド上のワークとの干渉を判定する際に、タスクの種別が「取る（Pick up）」である場合には最初のデパーチャ点以降の期間において干渉判定を行い、タスクの種別が「置く（Place）」である場合には最初のアプローチ点から目標点までの期間において干渉判定を行うようにしてもよい。

干渉判定の結果は、３次元モデルのうち干渉が発生する部分を、干渉が発生しない部分と異なる態様で表示してもよい。例えば図１４に示すように、ロボットＲの３次元モデルのうち部品と干渉する部分Ｒ_ＩＮＦを干渉していない部分と異なる態様（例えば、異なる色、模様、輝度など）で表示してもよい。それによって、ロボットＲのどの部位に干渉が発生するのかオペレータが認識できるため、ロボットＲの教示点を変更する、あるいは部品の配置を変更する等の教示作業を支援することができる。

干渉する部分Ｒ_ＩＮＦを３次元モデルと異なる様態で表示するとともに、干渉する部分Ｒ_ＩＮＦを近似形状データで表示してもよい。その際、近似形状データを構成する球体のサイズを表示することが好ましい。それによってオペレータは、近似形状データを構成する球体のサイズから、ロボットＲの教示点をどの程度変更することで干渉を回避することができるのか認識することが容易となる。

なお、図１４では、ロボットＲの３次元モデルが表示される場合について例示しているが、ロボットＲの３次元モデルに代えて当該３次元モデルに対応する近似形状データが表示されてもよい。

なお、ＣＡＤソフトウェアは、オペレータによって選択されたいずれかの３次元モデルを仮想空間内で非表示にしてもよい。その場合、ＣＡＤソフトウェアにより仮想空間内で非表示にされた３次元モデルについては、干渉が発生するか否かについての判定の対象としないようにすることが好ましい。それによって、オペレータが注目したい部分についての干渉の有無が認識しやすくなる。例えば、仮想空間を表示するときの視点によっては、オペレータが注目したい部分と、部品とが重なってしまう場合が生じうるが、その場合に、当該部品を非表示とすることで注目したい部分で干渉が生ずるか否かオペレータが確認しやすくなる。

（２−８）タスク間干渉チェック

タスク間干渉チェックは、オペレータによって選択された２つのタスク間のロボットの移動中に、ロボット、ワーク、および、周辺配置物の３次元モデルの干渉が仮想空間において発生するか否かを判定することである。

タスク間干渉チェックを実行するには、例えば、タスクリストに登録された少なくとも２以上のタスクを選択することにより行う。図１５に示すように、例えば、タスクリストのうちタスクＴ_２〜Ｔ_４のタスク間干渉チェックを行うには、オペレータは、タスクＴ_２〜Ｔ_４を選択した上で右クリックし、ボタンｂ１４（「動作確認」）を選択し、ボタンｂ１４２（「タスク間干渉チェック」）を選択する操作を行う。

タスク間干渉チェックでは、選択された２以上のタスクのタスク間の動作が設定された部分のロボットプログラム（例えば、上記move(AP1)）が情報処理装置２からロボット制御装置３へ送信され、ロボット制御装置３においてロボットプログラムが実行される。ロボット制御装置３は、ロボットプログラムの実行結果としてロボット状態データを含む実行ログデータを情報処理装置２に返す。ロボット状態データは、マニピュレータ５０のモデルを基に演算された時間の経過に応じたロボットの状態を示す物理量（例えば、所定の基準時間（例えば１ｍｓ）ごとの関節角、基準点の座標位置等）のデータである。

情報処理装置２のＣＡＤソフトウェアは、ロボット状態データに従って仮想空間内でロボットＲおよびロボットＲに把持されたワークの３次元モデルを動作させる。このとき、情報処理装置２は、当該３次元モデルに対応する近似形状データが、他のロボットＲおよび部品の３次元モデルに対応する近似形状データと干渉するか否かについて判定を行う。

干渉判定のタイミングは適宜設定してよいが、例えば、ロボットの基準点が１０ｍｍ移動する度に干渉判定が行われる。干渉判定のタイミングで、前述したように、ロボットの近似形状データを構成する各球体の位置が更新されて、干渉判定に利用される。

（２−９）干渉判定処理

次に、図１６のフローチャートを参照して、干渉判定（干渉チェック）の処理について説明する。図１６のフローチャートは、主として情報処理装置２の制御部２１によって実行される。

図１６に示すフローチャートにおいて、ロボットＲの基準点が１０ｍｍ移動する度にステップＳ１２以降の処理が行わる。ロボットＲの基準点が前回から１０ｍｍ移動した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、近似形状データの位置の更新を行う（ステップＳ１２）。近似形状データの位置の更新は、当該近似形状データを構成する１または複数の球体の原点をすべて更新することによって行われる。

次いで、制御部２１は、ロボットＲ同士、およびロボットＲと部品との干渉判定を総当りで行う。このとき、ロボットＲおよび部品の近似形状データとして、最も球体のサイズが大きいレベル１の近似形状データを用いて、干渉判定が行われる（ステップＳ１４）。干渉の有無は、図１３を参照して説明したように、干渉判定の対象となる２つの近似形状データからそれぞれ１つの球体に着目し、球体同士が干渉するか否かを、原点間の距離と、レベル１として予め設定されている各球体の半径の和との大小に基づいて行う。干渉判定の対象となる２つの近似形状データに対して着目する球体を順次変更し、総当りで球体同士が干渉するか否かを判定する。その結果、１つも球体同士が干渉しない場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御部２１は、２つの近似形状データが干渉しないと判断し（ステップＳ１８）、終了する。

ステップＳ１４のレベル１の近似形状データでの干渉チェックにおいて、ロボットＲ同士の組合せ、およびロボットＲと部品の組合せのうち、干渉が生じた組合せについては（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、制御部２１は、球体のサイズがレベル１より小さいレベル２の近似形状データを用いて干渉判定を行う（ステップＳ２０）。球体のサイズが異なる点を除けば、干渉判定の処理は、ステップＳ１４と同じである。すなわち、制御部２１は、干渉判定の対象となる２つの近似形状データについて１つも球体同士が干渉しない場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、２つの近似形状データが干渉しないと判断し（ステップＳ１８）、終了する。

ステップＳ２０のレベル２の近似形状データでの干渉チェックにおいて、ロボットＲ同士の組合せ、およびロボットＲと部品の組合せのうち、干渉が生じた組合せについては（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御部２１は、球体のサイズがレベル２よりさらに小さいレベル３の近似形状データを用いて干渉判定を行う（ステップＳ２４）。球体のサイズが異なる点を除けば、干渉判定の処理は、ステップＳ１４と同じである。すなわち、制御部２１は、干渉判定の対象となる２つの近似形状データについて１つも球体同士が干渉しない場合には（ステップＳ２６：ＮＯ）、２つの近似形状データが干渉しないと判断し（ステップＳ１８）、終了する。

ステップＳ２４のレベル３の近似形状データでの干渉チェックにおいて、ロボットＲ同士の組合せ、およびロボットＲと部品の組合せに対して干渉が生じた場合には（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、干渉があると判断し（ステップＳ２８）、干渉判定結果のデータをストレージ２２に記録して終了する。干渉判定結果のデータは、ロボットＲ、および／または、ロボットＲと部品における干渉した球体の位置のデータが含まれる。

図１６のフローチャートに示すように、好ましくは、干渉判定は、精度が低いレベル１の近似形状データから精度が高いレベル３の近似形状データを順に用いて、段階的に干渉判定が行われる。また、好ましくは、干渉チェックにおいて、干渉が生じた組合せのうち、干渉した球体のみを高精度のレベルの近似形状データとする。そのため、最初から精度が高いレベル３の近似形状データを用いて干渉判定を行う場合と比較して、干渉判定に要する演算負荷が低減される。

（３）干渉が発生する場合の経由点の設定

次に、ロボットＲを始点から終点まで移動させる場合の経由点の設定方法について、図１７のフローチャートを参照して説明する。例えば、ロボットＲを始点から終点まで移動させるときに、途中で部品と干渉が発生する場合には、当該部品を避けるようにして経由点を設ける必要がある。

以下、図１８の例示を参照しながら、図１７のフローチャートについて説明する。図１８は、候補点（後述する）の設定について説明する図である。図１に示すフローチャートは教示プログラムに記述されており、情報処理装置２の制御部２１によって実行される。 図１７において、所定の始点から所定の終点までロボットＲを移動させる場合、制御部２１は、例えば、始点や終点の座標データや近似形状データ等の必要なデータを抽出し（ステップＳ３０）、干渉チェックを行う（ステップＳ３２）。干渉チェックの具体的な処理は、図１６を参照して説明したとおりである。

ステップＳ３２の結果、干渉が発生しない場合には（ステップＳ３４：ＮＯ）、始点と終点の間に経由点を設ける必要がないため、終了する。ステップＳ３２の結果、干渉が発生する場合には（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、経由点を設定するためにステップＳ３６以降に進む。

ロボットと部品の干渉が発生した場合、制御部２１は、球体で構成される部品の近似形状データにおいてロボットと干渉する球体を大径化した球体の表面に候補点を設定する（ステップＳ３６）。候補点とは、ロボットＲの始点から終点までの経路の経由点となり得る、経由点の候補となる点を意味する。

例えば、部品の特定のレベル３の球体（図１０参照）において干渉が発生する場合、当該レベル３の球体に対して、ツリー構造上で対応するレベル２の球体（図１０参照）の表面上に候補点を設定する。

図１８は、候補点ＶＣが設定されたレベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）を示している。この例では、始点と終点の間に存在するレベル３の球体（図示せず）において干渉が発生したため、当該球体に対応付けられている、より径の大きいレベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）に候補点ＶＣが設定された場合が想定されている。干渉が発生した球体よりも一回り大きな球体の表面上に候補点ＶＣを設定することで、現在生じている干渉を回避しつつ、別の部品との新たな干渉が発生する可能性を低くすることができる。

図１８に示す例では、レベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）の表面上に、ユーザによって指定された数の候補点ＶＣを均等に設定している。

複数の候補点ＶＣを設定した後、制御部２１は、各候補点ＶＣを仮に経由点とした場合に干渉が発生するか否かの干渉チェックを行う。具体的には、制御部２１は、ロボットＲを始点から候補点ＶＣまで移動させたときの干渉チェックを行うとともに（ステップＳ３８）、ロボットＲを当該候補点ＶＣから終点まで移動させたときの干渉チェックを行う（ステップＳ４０）。ステップＳ３８およびＳ４０の処理は、ステップＳ３６で設定されたすべての候補点ＶＣを対象として行う（ステップＳ４２：ＮＯ）。制御部２１は、各候補点ＶＣに対するステップＳ３８，Ｓ４０の干渉チェックの結果をストレージ２２に記録する。

各候補点ＶＣに対する干渉チェックの結果、干渉を回避できる候補点ＶＣが１つでも存在したと判定された場合（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、干渉を回避できる候補点ＶＣの中からいずれかの候補点ＶＣをユーザが選択可能となるように、候補点ＶＣを表示する（ステップＳ４６）。

ステップＳ４６における好ましい表示例を図１９に示す。

図１９に示す表示例では、以下の４グループに分けて、各グループを異なる表示態様で表示する。このようにグループ分けして候補点ＶＣを表示することで、ユーザに対して、候補点ＶＣの中から適切な経由点を選択するための有用な情報を与えることができる。

なお、各グループの異なる表示態様は一例に過ぎず、異なるグループが識別できる限り如何なる表示態様であってもよい。例えば、グループごとに異なる色で表示してもよい。

・「●」：始点から候補点ＶＣまでの経路、および、候補点ＶＣから終点までの経路において近似形状データの干渉が発生しないという第１条件を満たす候補点（第１候補点の一例）からなる第１候補点からなる第１候補点グループ

・「△」：始点から候補点ＶＣまでの経路において近似形状データの干渉が発生せず、候補点ＶＣから終点までの経路において近似形状データの干渉が発生するという第２条件を満たす候補点（第２候補点の一例）からなる第２候補点グループ

・「▲」：始点から候補点ＶＣまでの経路において近似形状データの干渉が発生し、候補点ＶＣから終点までの経路において近似形状データの干渉が発生しないという第３条件を満たす候補点（第３候補点の一例）からなる第３候補点グループ

・「×」：始点から候補点ＶＣまでの経路、および、候補点ＶＣから終点までの経路のいずれにおいても近似形状データの干渉が発生するという第４条件を満たす候補点からなる第４候補点グループ

ユーザが例えばポインティングデバイスを用いて、ステップＳ４６に表示された候補点ＶＣの中からいずれかの候補点ＶＣを選択した場合（ステップＳ４８：ＹＥＳ）、制御部２１は、選択された候補点ＶＣを経由点として決定する（ステップＳ５０）。

ステップＳ４４において、干渉を回避できる候補点ＶＣが１つも存在しないと判定された場合（ステップＳ４４：ＮＯ）、制御部２１は、ステップＳ３６で候補点ＶＣを設定した球体よりもさらに１サイズ大きい球体の表面上に候補点ＶＣを設定する（ステップＳ５２）。そして、ステップＳ３８〜Ｓ４２の処理を再び繰り返す。候補点ＶＣを設定する球体を大きくすることで、干渉を回避できる可能性が高くなる。

図１７のフローチャートのステップＳ４４において、干渉を回避する候補点ＶＣが１つも存在しない場合には、２以上の経由点を設定するようにしてもよい。

例えば図２０において、干渉を回避する候補点ＶＣが１つも存在しない場合、第２候補点グループの中のいずれかの候補点ＶＣを、第１の経由点Ｖ１として決定する。つまり、図２０に示す例では、始点から第１の経由点Ｖ１までの経路で干渉が発生しないが、第１の経由点Ｖ１から終点までの経路で、近似形状データのレベル３の球体Ｃｂ１２（Ｌ３）と干渉する。

かかる場合には、第１の経由点Ｖ１を始点とした場合の始点から終点までの経路において、図１７の処理を実行する。すなわち、図２１に示すように、近似形状データのレベル３の球体Ｃｂ１２（Ｌ３）より大径化した、レベル２の球体Ｃｂ１２（Ｌ２）の表面上に候補点を設定する。図２１には、レベル２の球体Ｃｂ１２（Ｌ２）の表面上に候補点から第２の経由点Ｖ２が決定された例が示される。図２１に示した例では、始点→第１の経由点Ｖ１→第２の経由点Ｖ２→終点、のロボットＲの経路によって干渉の発生が回避される。

図１８に示した例では、レベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）の表面上に、ユーザによって指定された数の候補点ＶＣを均等に設定した場合を示したが、その限りではない。

図２２に示すように、始点と終点とを結ぶ直線ＤＬと直交するレベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）の切断面のうちレベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）と交わる円の径が最大となる平面ＰＬ１を定義したときに、当該平面ＰＬ１上であってレベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）の表面と交わる円上に複数の候補点ＶＣを設定してもよい。この場合、設定された複数の候補点ＶＣの中には、レベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）の表面上で直線ＤＬから最も離れた候補点ＶＣが含まれることになるため、干渉を回避できる可能性が高くなる。また、レベル２の球体Ｃｂ１０（Ｌ２）の表面上に均等に候補点ＶＣを設けるよりも、候補点ＶＣの数が少なくて済むため、経由点を決定するための演算負荷が低減する。

（４）経路決定装置１の機能

次に、本実施形態の経路決定装置１の機能について、図２３を参照して説明する。図２３は、実施形態に係る経路決定装置１の機能ブロック図である。

図２３に示すように、経路決定装置１は、表示制御部１０１、データ作成部１０２、プログラム実行部１０３、状態情報算出部１０４、干渉判定部１０５、候補点設定部１０６、および、候補点特定部１０７を備える。

本実施形態の経路決定装置１において、情報処理装置２のストレージ２２は、前述したように、ロボットプログラム２２１、階層型リストデータベース２２２、３次元モデルデータベース２２３、実行ログデータベース２２４、および、近似形状モデルデータベース２２５を備える。

表示制御部１０１は、教示ソフトウェアおよびＣＡＤソフトウェアの実行結果を表示装置２４に表示させる制御を行う。

表示制御部１０１は、ロボット、ワーク、および、周辺配置物の３次元モデルを仮想空間内に配置して表示装置２４に表示させる機能を備える。当該機能は、ＣＡＤソフトウェアが３次元モデルデータベース２２３を参照することによって実現される。

表示制御部１０１は、近似形状データを仮想空間内に配置して表示装置２４に表示させる機能を備える。当該機能を実現するために、情報処理装置２の制御部２１は、ストレージ２２の近似形状モデルデータベース２２５にアクセスして、仮想空間に配置すべき近似形状データを読み出す。近似形状データは、３次元モデルデータベース２２３の３次元モデルに対応付けられている。

表示制御部１０１は、候補点特定部１０７によって特定された候補点を、当該候補点の中からユーザが経由点を選択可能となるように、表示装置２４に表示する機能を備える。

データ作成部１０２は、３次元モデルデータベース２２３に含まれる３次元データを球体の集合によって近似した近似形状データを作成する機能を備える。当該機能を実現するために、情報処理装置２の制御部２１が、３次元モデルデータベース２２３からロボットおよび部品の３次元モデルを読み出し、３次元モデルの外表面を１または複数の球体で覆うようにして球体を配置することで、３次元モデルに対応する近似形状データを作成する。作成された近似形状データは、近似形状モデルデータベース２２５に記録される。

プログラム実行部１０３は、オペレータの操作入力に応じて、ロボットプログラムの全部または一部を実行する機能を備える。

プログラム実行部１０３の機能を実現するために、タスクリストのうちいずれかのタスクを選択した状態でのボタンｂ１４１（「タスク内干渉チェック」）の操作、または、タスクリストのうち２以上のタスクを選択した状態でのボタンｂ１４２（「タスク間干渉チェック」）を選択する操作に応じて、通信インタフェース部２５を介してロボットプログラムをロボット制御装置３へ送信する。送信対象とするロボットプログラムの範囲は、タスクリストにおいて選択されたタスクに基づく。ロボット制御装置３の制御部３１は、ロボットプログラムを受信すると、ロボットプログラムを実行する。

状態情報算出部１０４は、プログラム実行部１０３による実行結果に基づいて、時間の経過に応じたロボットの状態を示す情報であるロボット状態データを演算する機能を備える。

状態情報算出部１０４の機能を実現するために、ロボット制御装置３の制御部３１は、情報処理装置２からロボットプログラムを実行し、ロボットプログラムの実行結果として、ロボット状態データを演算して順次、ストレージ３２に記録する。

ロボット状態データは、マニピュレータ５０のモデルを基に演算された時間の経過に応じたロボットの状態を示す物理量（例えば、所定の基準時間（例えば１ｍｓ）ごとの関節角、基準点の座標位置等）のデータである。

ロボットプログラムの実行が終了すると、制御部３１は、ストレージ３２から、時間軸に沿った所定の基準時間（例えば１ｍｓ）ごとのロボット状態データを読み出す。制御部３１は、読み出したロボット状態データを含む実行ログデータを、通信インタフェース部３３を介して情報処理装置２へ送信する。情報処理装置２の制御部２１は、ロボット制御装置３からロボット状態データを含む実行ログデータを取得すると、実行ログデータを実行ログデータベース２２４に記録する。

干渉判定部１０５は、始点から終点までの経路においてロボットＲを移動させたときに、近似形状データの干渉が発生するか否かを判定する機能を備える。干渉の有無は、ロボットプログラムの実行ログデータに基づいて決定される。干渉判定部１０５は、図１６の干渉判定処理に相当する。

候補点設定部１０６は、干渉判定部１０５によって干渉が発生すると判定された場合、近似形状データのうち干渉が発生した球体より大径の球体の表面上に、ロボットＲが経由する経由点の候補となる複数の候補点を設定する機能を備える。候補点設定部１０６は、例えば、図１７のフローチャートのステップＳ３６の処理に対応する。

候補点特定部１０７は、始点から候補点までの経路、および、候補点から前記終点までの経路においてロボットＲに移動させたときに、近似形状データの干渉が発生しない候補点を、複数の候補点の中から特定する機能を備える。候補点特定部１０７は、例えば、図１７のフローチャートのステップＳ３８〜Ｓ４４の処理に相当する。

データ作成部１０２は、３次元データに対応して、それぞれ球体の径が異なる複数の近似形状データを作成し、当該複数の近似形状データの各球体は、径が大きい球体が当該球体よりも径が小さい２以上の球体と対応付けられるようにツリー構造によって構成されてもよい。その場合、候補点設定部１０６は、近似形状データのうち干渉が発生した球体に対応付けられている、より径が大きい球体の表面上に、複数の候補点を設定する。

なお、近似形状データのうち干渉が発生した球体に対して、ツリー構造に対応する大径の球体の表面上に候補点を設定することは必須ではない。例えば、近似形状データのうち干渉が発生した球体と同心の、より大径の球体の表面上に候補点を設定してもよい。

図１７のフローチャートのステップＳ５２に示したように、候補点特定部１０７が、近似形状データの干渉が発生しない候補点を特定することができない場合には、候補点設定部１０６は、候補点が設定されている球体に対応付けられている、より径が大きい球体の表面上に、複数の候補点を新たに設定してもよい。その場合、候補点特定部１０７は、新たに設定した複数の候補点の中から、近似形状データの干渉が発生しない候補点を特定する。

以上説明したように、本実施形態の経路決定装置１では、１または複数の球体の集合体で構成した近似形状データでロボットや部品をモデル化し、近似形状データを用いてロボットを動作させたときの干渉判定を行う。干渉が発生した場合には、近似形状データのうち干渉が発生した球体より大径の球体の表面上に、ロボットが経由する経由点の候補となる複数の候補点を設定し、当該複数の候補点の中から干渉が発生しない候補点を特定する。そして、特定された候補点の中から、ユーザの選択に従って経由点を決定する。

複数の候補点は、例えば、干渉が発生した球体に対して予め対応付けられた、より大径の球体上に設定される。そして、各候補点を経由するときの干渉判定は、図１３を参照して説明したように簡単な処理で行うことができる。すなわち、干渉が発生しない経由点の候補となる候補点を経由点の決定は短時間で行うことができる。干渉が発生しない候補点の中からユーザによる簡易な操作で経由点が決定される。したがって、本実施形態の経路決定装置１によれば、簡易な操作で、かつ短時間で、干渉を回避するロボットの動作経路を生成できる。

以上、本発明の経路決定装置の実施形態について詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。

例えば、図２４に、図１７のフローチャートの変形例を示す。図２４では、各候補点に対する干渉チェックが終了した後（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、干渉チェック結果を図１９に例示したようにして表示し、ユーザがいずれの候補点も経由点として選択しないことを決定した場合にステップＳ５２に進む。この変形例では、干渉が発生しない候補点が存在しない場合であっても、候補点を設定する球体を大きくすることなく、複数の経由点を設定することで柔軟に経路を決定していくことができる。

上述した説明により、図２３の機能ブロック図に記載された機能のうち少なくとも一部の機能をコンピュータに実現させるためのプログラム、および、当該プログラムが記録されたコンピュータ可読記憶媒体（不揮発性の記憶媒体をも含む。）が開示されていることは当業者に理解される。

１…経路決定装置、２…情報処理装置、２１…制御部、２２…ストレージ、２３…入力装置、２４…表示装置、２５…通信インタフェース部、３…ロボット制御装置、３１…制御部、３２…ストレージ、３３…通信インタフェース部、１１…ペントレイ、Ｐ…ペン群、１２…キャップトレイ、Ｃ…キャップ群、１３…治具、１４…製品トレイ、ＥＣ…イーサネットケーブル、Ｒ…ロボット、５１…アーム、５２…ハンド、６１〜６８…ノード、１０１…表示制御部、１０２…データ作成部、１０３…プログラム実行部１０３…状態情報算出部１０４…干渉判定部、１０６…候補点設定部、１０７…候補点特定部、２２１…ロボットプログラム、２２２…階層型リストデータベース、２２３…３次元モデルデータベース、２２４…実行ログデータベース、２２５…近似形状モデルデータベース、ＲＡ…ロボット領域、ＰＡ…パーツ領域、Ｗ１〜Ｗ５…ウィンドウ、ｂ１〜ｂ２，ｂ１１〜ｂ１３，ｂ１４１，ｂ１４２…ボタン、ＡＰ…アプローチ点、ＴＰ…目標点、ＤＰ…デパーチャ点、ＴＬ…テーブル、Ｔ…タスク、Ｍ…モーション名称、Ｃｂ１，Ｃｂ２…球体、Ｃｂ１０（Ｌ２），Ｃｂ１２（Ｌ２）…レベル２の球体、Ｃｂ１２（Ｌ３）…レベル３の球体、Ｏ１，Ｏ２…原点、ＶＣ…候補点、Ｖ…経由点、ＤＬ…直線ＤＬ、ＰＬ１…切断面、ＣＬ１…円

Claims (8)

1. 
   ロボット、前記ロボットの作業対象となるワーク、および、前記ロボットの周辺に配置される周辺配置物のうち少なくともいずれかの３次元データを記憶する記憶部と、
   
   前記記憶部に記憶される３次元データを、当該３次元データの外表面を覆うように１または複数の球体を配置することで当該３次元データの近似形状データを作成するデータ作成部と、
   
   始点から終点までの経路において前記ロボットを移動させたときに、前記近似形状データの干渉が発生するか否かを判定する干渉判定部と、
   
   前記干渉判定部によって干渉が発生すると判定された場合、前記近似形状データのうち干渉が発生した球体より大径の球体の表面上に、前記ロボットが経由する経由点の候補となる複数の候補点を設定する候補点設定部と、
   
   前記始点から候補点までの経路、および、候補点から前記終点までの経路において前記ロボットに移動させたときに、前記近似形状データの干渉が発生しない候補点を、前記複数の候補点の中から特定する候補点特定部と、
   
   前記候補点特定部によって特定された候補点を、当該候補点の中からユーザが前記経由点を選択可能となるように、表示装置に表示する表示制御部と、
   
   を備えた、ロボットの経路決定装置。
2. 
   前記データ作成部は、前記３次元データに対応して、それぞれ球体の径が異なる複数の近似形状データを作成し、当該複数の近似形状データの各球体は、径が大きい球体が当該球体よりも径が小さい２以上の球体と対応付けられるようにツリー構造によって構成され、
   
   前記候補点設定部は、前記近似形状データのうち干渉が発生した球体に対応付けられている、より径が大きい球体の表面上に、前記複数の候補点を設定する、
   
   請求項１に記載されたロボットの経路決定装置。
3. 
   前記候補点特定部が、前記近似形状データの干渉が発生しない候補点を特定することができない場合には、前記候補点設定部は、候補点が設定されている球体に対応付けられている、より径が大きい球体の表面上に、複数の候補点を新たに設定し、
   
   前記候補点特定部は、新たに設定した前記複数の候補点の中から、前記近似形状データの干渉が発生しない候補点を特定する、
   
   請求項２に記載されたロボットの経路決定装置。
4. 
   前記表示制御部は、前記複数の候補点のうち、
   
   前記始点から候補点までの経路、および、候補点から前記終点までの経路において前記近似形状データの干渉が発生しないという第１条件を満たす第１候補点と、
   
   前記始点から候補点までの経路において前記近似形状データの干渉が発生せず、候補点から前記終点までの経路において前記近似形状データの干渉が発生するという第２条件を満たす第２候補点と、
   
   前記始点から候補点までの経路において前記近似形状データの干渉が発生し、候補点から前記終点までの経路において前記近似形状データの干渉が発生しないという第３条件を満たす第３候補点と、
   
   を異なる表示態様で表示する、
   
   請求項１から３のいずれか１項に記載されたロボットの経路決定装置。
5. 
   前記候補点設定部は、前記複数の候補点を設定すべき球体の表面上に、前記ユーザによって指定された数の候補点を均等に設定する、
   
   請求項１から４のいずれか１項に記載された、ロボットの経路決定装置。
6. 
   前記候補点設定部は、前記始点と前記終点とを結ぶ直線と直交する面のうち前記表面と交わる円の径が最大となる平面を定義したときに、当該平面上であって前記表面と交わる円上に前記複数の候補点を設定する、
   
   請求項１から４のいずれか１項に記載された、ロボットの経路決定装置。
7. 
   ロボット、前記ロボットの作業対象となるワーク、および、前記ロボットの周辺に配置される周辺配置物のうち少なくともいずれかの３次元データを用いて前記ロボットの経路を決定する経路決定方法であって、
   
   前記３次元データを、当該３次元データの外表面を覆うように１または複数の球体を配置することで当該３次元データの近似形状データを作成し、
   
   始点から終点までの経路において前記ロボットを移動させたときに、前記近似形状データの干渉が発生するか否かを判定し、
   
   干渉が発生すると判定された場合、前記近似形状データのうち干渉が発生した球体より大径の球体の表面上に、前記ロボットが経由する経由点の候補となる複数の候補点を設定し、
   
   前記始点から候補点までの経路、および、候補点から前記終点までの経路において前記ロボットに移動させたときに、前記近似形状データの干渉が発生しない候補点を、前記複数の候補点の中から特定し、
   
   前記特定された候補点を、当該候補点の中からユーザが前記経由点を選択可能となるように、表示装置に表示する、
   
   ロボットの経路決定方法。
8. 
   ロボット、前記ロボットの作業対象となるワーク、および、前記ロボットの周辺に配置される周辺配置物のうち少なくともいずれかの３次元データを記憶する記憶装置を参照して、前記ロボットの経路を決定するためのプログラムであって、コンピュータに、
   
   前記記憶装置に記憶される３次元データを、当該３次元データの外表面を覆うように１または複数の球体を配置することで当該３次元データの近似形状データを作成するデータ作成手段と、
   
   始点から終点までの経路において前記ロボットを移動させたときに、前記近似形状データの干渉が発生するか否かを判定する干渉判定手段と、
   
   前記干渉判定手段によって干渉が発生すると判定された場合、前記近似形状データのうち干渉が発生した球体より大径の球体の表面上に、前記ロボットが経由する経由点の候補となる複数の候補点を設定する候補点設定手段と、
   
   前記始点から候補点までの経路、および、候補点から前記終点までの経路において前記ロボットに移動させたときに、前記近似形状データの干渉が発生しない候補点を、前記複数の候補点の中から特定する候補点特定手段と、
   
   前記候補点特定手段によって特定された候補点を、当該候補点の中からユーザが前記経由点を選択可能となるように、表示装置に表示する表示制御手段と、
   
   を実現させるためのプログラム。

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