KR102330754B1

KR102330754B1 - 궤도 생성 장치 및 궤도 생성 방법

Info

Publication number: KR102330754B1
Application number: KR1020190139232A
Authority: KR
Inventors: 고지 데라다
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2021-11-25
Also published as: JP2020093364A; CN111319038B; JP7028151B2; KR20200073985A; US20200189101A1; EP3666476A1; US11433538B2; CN111319038A

Abstract

궤도 생성 장치(60)는, 이동체(1) 또는 파지부(20)를 개시 위치(S)로부터 목표 위치(G)까지 이동시키는 궤도(70)를 생성하는 연산부(61)와, 궤도 후보의 평가를 행하는 평가부(62)를 구비하고, 연산부(61)는, 목표 위치(G) 및 목표 위치(G)의 근방을 포함하는 목표 영역(GA)까지의 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로, 소정 기간(TS) 내에 연산할 수 있는 범위, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위, 및 소정 수의 상기 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위 중 적어도 어느 것의 범위 내에서 생성하고, 평가부(62)는, 생성된 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 평가 항목에 기초하여 평가를 행하고, 연산부는, 평가에 기초하여 선택된 궤도 후보(71b)를 사용하여 궤도(70)를 생성한다.

Description

궤도 생성 장치 및 궤도 생성 방법{TRAJECTORY GENERATION SYSTEM AND TRAJECTORY GENERATING METHOD}

본 발명은, 궤도 생성 장치 및 궤도 생성 방법에 관한 것이며, 예를 들어 로봇 등의 이동체를 목표 위치까지 이동시키는 궤도를 생성하는 궤도 생성 장치 및 궤도 생성 방법에 관한 것이다.

일본 특허 제5724919호에는, 로봇 등의 이동체가 장애물과 간섭하지 않는 궤도를 생성하는 연산부와, 궤도를 기억하는 기억 수단을 구비한 궤도 생성 장치가 개시되어 있다. 일본 특허 제5724919호의 궤도 생성 장치는, 기억 수단에 기억된 복수의 궤도 중에서, 현재의 환경에 적합한 궤도를 선택한다. 그리고 선택된 궤도 중, 장애물과 간섭하지 않는 궤도 부분을 추출하고, 그 양단을, 이동체의 궤도의 스타트 위치 및 골 위치의 각각에, 가지를 뻗듯이 연결함으로써, 최종적인 하나의 궤도를 생성한다.

일본 특허 제5724919호의 궤도 생성 장치는, 궤도의 연산에 매우 시간이 걸리는 경우가 있다. 파지부를 갖는 이동체의 궤도 생성에 적용한 경우에, "파지에 적합한" 골 위치까지의 이동체 또는 그 파지부의 궤도 생성을, 정밀도 저하를 억제하면서 연산 시간을 짧게 할 수 있는 궤도 생성 장치를 실현하고 싶다고 하는 과제가 있다.

본 발명은, 정밀도 저하를 억제하면서 연산 시간을 짧게 할 수 있는 궤도 생성 장치 및 궤도 생성 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 양태에 관한 궤도 생성 장치는, 이동체 또는 상기 이동체의 파지부를, 개시 위치로부터 목표 위치까지 이동시키는 궤도를 생성하는 연산을 행하는 연산부와, 상기 궤도를 생성하기 위해 사용되는 궤도 후보의 평가를 행하는 평가부를 포함한다. 상기 연산부는, 상기 목표 위치 및 상기 목표 위치의 근방을 포함하는 목표 영역까지의 복수의 궤도 후보를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로, 소정 기간 내에 연산할 수 있는 범위, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위, 및 소정 수의 상기 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위 중 적어도 어느 것의 범위 내에서 생성하고, 상기 평가부는, 상기 연산부에 의해 생성된 상기 복수의 궤도 후보를 평가 항목에 기초하여 평가를 행하고, 상기 연산부는, 상기 평가에 기초하여 선택된 상기 궤도 후보를 사용하여 상기 궤도를 생성한다. 이러한 구성으로 함으로써, 연산의 정밀도 저하를 억제하면서, 많은 궤도 후보를 생성할 수 있다. 또한, 연산부는, 목표 위치 및 목표 위치의 근방을 포함하는 목표 영역까지의 복수의 궤도 후보를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로, 소정 기간 내에 연산할 수 있는 범위, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위, 및 소정 수의 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위 중 어느 범위 내에서 생성해도 된다.

또한, 상기 연산부는, 상기 평가에 기초하여 선택된 상기 궤도 후보의 상기 개시 위치측의 일부이며, 상기 소정 기간에 상기 이동체 또는 상기 파지부가 이동하는 부분을, 미소 궤도로 하여, 상기 미소 궤도를 상기 개시 위치 또는 직전의 상기 미소 궤도에 상기 소정 기간마다 주기적으로 연결하고, 상기 개시 위치로부터 차례로 복수의 상기 미소 궤도를 연결함으로써 상기 궤도를 생성해도 된다. 이러한 구성에 의해, 궤도 생성과 실시간으로 이동체를 이동시켜, 이동체의 움직임을 원활하게 할 수 있다.

또한, 상기 연산부는, 상기 개시 위치 또는 직전의 상기 미소 궤도의 상기 목표 위치측으로부터, 상기 목표 영역까지의 상기 복수의 궤도 후보를 생성해도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 소정 기간 내에 연산할 수 있는 범위에, 가능한 한 많은 궤도 후보를 생성할 수 있다.

상기 이동체는, 본체부와, 상기 본체부에 상기 파지부를 접속하는 링크 및 관절과, 화각이 가변인 카메라를 갖고, 상기 연산부는, 상기 이동체의 위치, 상기 링크의 위치, 상기 관절의 회전각 및 상기 화각 중 적어도 어느 것을, 소정의 범위 내로 들어가게 하는 제1 구속 조건을, 상기 소정의 파지 조건으로 하여, 상기 궤도 후보를 생성해도 된다. 이러한 구성에 의해, 제1 구속 조건에 기초하여 궤도 후보를 생성하므로, 관절 등의 움직임을 제한할 수 있고, 생성 시간을 저감할 수 있다.

또한, 상기 평가부는, 상기 궤도 후보를 따른 길이가 작은 쪽의 상기 평가를 높게 하는 궤도 길이의 조건, 또는 가능한 한 만족되는 것이 바람직한 상태의 상기 평가를 높게 하는 제2 구속 조건을 상기 평가 항목에 포함해도 된다. 이러한 구성에 의해, 이동체의 위치 및 자세 등을 바람직한 것으로 할 수 있다.

또한, 간섭물의 회피에 대한 각 궤도 후보의 성립성을 체크하는 체크부를 더 포함하고, 상기 체크부는, 상기 평가에 기초하여 선택된 상기 궤도 후보로부터 차례로 상기 성립성을 체크하고, 상기 성립성을 만족시키는 궤도 후보를 선택하고, 상기 연산부는, 상기 체크부가 선택한 상기 궤도 후보를 사용하여 상기 궤도를 생성해도 된다. 이러한 구성에 의해, 궤도 후보의 평가 및 체크로 성립성을 담보할 수 있다.

상기 궤도 생성 장치는, 상기 연산부에 의해 생성된 상기 궤도를 상기 이동체 또는 상기 파지부가 이동 가능하게 되도록, 상기 이동체 또는 상기 파지부의 구동을 최적화하는 최적화부를 더 포함해도 된다. 이러한 구성에 의해, 이동체 및 파지부의 이동을 원활하게 할 수 있다.

또한, 상기 연산부는, 해석 해를 사용하여 상기 궤도 후보를 생성해도 된다. 이러한 구성에 의해, 고속으로 연산할 수 있으므로, 이동체 및 파지부의 이동과 실시간으로 궤도를 생성할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 관한 궤도 생성 방법은, 이동체 또는 이동체의 파지부의 목표 위치 및 목표 위치의 근방을 포함하는 목표 영역까지의 복수의 궤도 후보를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로, 소정 기간 내에 연산할 수 있는 범위, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위, 및 소정 수의 상기 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위 중 적어도 어느 것의 범위 내에서 생성하는 것과, 상기 생성된 상기 복수의 궤도 후보를 평가 항목에 기초하여 평가하는 것과, 상기 평가에 기초하여 선택된 상기 궤도 후보를 사용하여, 상기 이동체 또는 상기 이동체의 상기 파지부를, 개시 위치로부터 상기 목표 위치까지 이동시키는 궤도를 생성하는 연산을 행하는 것을 포함한다.

본 발명에 의해, 정밀도 저하를 억제하면서 연산 시간을 짧게 할 수 있는 궤도 생성 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소를 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술된다.
도 1은 실시 형태에 관한 이동체의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 실시 형태에 관한 이동체의 구성을 예시한 블록도이다.
도 3은 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치의 연산부가 생성한 궤도 후보를 예시한 도면이다.
도 4는 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치가 사용하는 파지 조건을 예시한 도면이다.
도 5는 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치가 사용하는 구속 조건의 종류를 예시한 도면이다.
도 6은 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치에 있어서, 연산부가 생성한 궤도 후보를 평가부가 평가한 결과를 예시한 도면이다.
도 7은 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치의 연산부가 생성한 궤도 후보를 예시한 도면이다.
도 8은 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치의 연산부가 생성한 궤도 후보를 예시한 도면이다.
도 9는 실시 형태에 관한 궤도 생성 방법을 예시한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명이 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명을 명확하게 하기 위해, 이하의 기재 및 도면은, 적절하게 간략화되어 있다.

실시 형태에 관한 궤도 생성 장치를 설명한다. 본 실시 형태의 궤도 생성 장치는, 예를 들어 로봇 등의 이동체에 있어서, 핸드 등의 파지부를 이동시키는 궤도를 생성한다. 먼저, 궤도 생성 장치를 포함하는 이동체의 구성을 설명한다. 그 후, 궤도 생성 장치에 의한 이동체 및 파지부의 궤도 생성 방법을 설명한다.

이동체의 구성

도 1은, 실시 형태에 관한 이동체(1)의 구성을 예시한 도면이다. 도 2는, 실시 형태에 관한 이동체(1)의 구성을 예시한 블록도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 이동체(1)는, 본체부(10), 링크(11), 관절(12), 파지부(20), 구동부(30), 센서(40), 제어부(50), 궤도 생성 장치(60)를 구비하고 있다. 이동체(1)는, 예를 들어 로봇이다.

본체부(10)는, 이동체(1)의 몸통체를 구성한다. 본체부(10)에는, 이동체(1)의 파지부(20)가 설치되어 있다. 또한, 본체부(10)의 하방에는, 본체부(10)를 이동시키는 구동부(30)로서, 예를 들어 차륜 및 차륜을 회전시키는 모터가 설치되어 있다. 예를 들어, 본체부(10)는, 차륜의 회전에 의해 이동한다. 또한, 본체부(10)를 이동시키는 구동부(30)는, 차륜 및 차륜을 회전시키는 모터에 한정되지 않고, 2족 보행하는 다리부 등이어도 된다.

링크(11) 및 관절(12)은, 본체부(10)와 파지부(20) 사이에 마련되어 있다. 링크(11) 및 관절(12)은, 본체부(10)에 파지부(20)를 설치하고 있다. 링크(11)는, 예를 들어 봉상의 부재이며, 이른바 뼈의 역할을 한다. 관절(12)은, 본체부(10)와 링크(11) 사이, 링크(11)와 링크(11) 사이, 링크(11)와 파지부(20) 사이 등의 부재끼리를 회전 가능하게 연결한다. 관절(12)에는, 구동부(30)가 마련되어 있다. 관절(12)의 구동부(30)는, 예를 들어 액추에이터이다. 관절(12)은, 구동부(30)의 구동에 의해 회전한다.

파지부(20)는, 예를 들어 로봇의 핸드이다. 파지부(20)는, 링크(11) 및 관절(12)을 통해, 본체부(10)에 설치되어 있다. 따라서, 파지부(20)는, 관절(12)의 회전에 의해 이동한다.

구동부(30)는, 본체부(10)의 하방에 설치된 차륜 및 차륜을 회전시키는 모터, 그리고 관절(12)을 회전시키는 액추에이터이다. 본체부(10)의 이동에 의해, 파지부(20)도 이동한다.

센서(40)는, 이동체(1)의 위치를 검출한다. 구체적으로는, 센서(40)는, 본체부(10) 및 파지부(20)의 위치를 검출한다. 예를 들어, 센서(40)는, 본체부(10)의 상방에 설치되고, 본체부(10), 파지부(20) 및 그것들의 주위를 촬상하는 카메라(13)이다. 카메라(13)는, 관절(12)을 통해 본체부(10)에 설치되어 있다. 카메라(13)는, 관절(12)의 구동부(30)에 의해 촬상 방향을 바꿀 수 있다. 또한, 센서(40)는, 파지부(20)에 설치된 카메라(13)여도 된다. 파지부(20)의 카메라(13)는, 파지 대상물을 촬상한다. 파지부(20)의 카메라(13)는, 파지부(20)의 이동에 의해 촬상 방향을 바꿀 수 있다. 카메라(13)는, 화각이 가변이어서, 근처의 것을 촬상할 수도 있고, 먼 것을 촬상할 수도 있다. 센서(40)는, 촬상한 화상에 의해, 본체부(10) 및 파지부(20)의 위치를 검출한다.

센서(40)는, 구동부(30)에 있어서의 모터 및 액추에이터에 마련된 인코더여도 된다. 센서(40)는, 측정한 회전 신호에 의해, 본체부(10) 및 파지부(20)의 위치를 검출해도 된다. 또한, 센서(40)는, 관절(12)의 회전각을 취득한다. 센서(40)는, 검출한 위치 정보 및 회전각 정보를 제어부(50)에 출력한다.

센서(40)는, 이동체(1)의 속도(빠르기 및 방향) 및 각속도(빠르기 및 방향)도 검출한다. 구체적으로는, 센서(40)는, 본체부(10) 및 파지부(20)의 속도 및 각속도를 검출한다. 센서(40)는, 카메라(13)에 의해, 소정의 간격으로 촬상된 복수의 화상으로부터 본체부(10) 및 파지부(20)의 속도 및 각속도를 검출해도 되고, 모터 및 액추에이터에 마련된 인코더에 의해, 본체부(10) 및 파지부(20)의 속도 및 각속도를 검출해도 된다. 센서(40)는, 검출한 속도 정보 및 각속도 정보를 제어부(50)에 출력한다.

제어부(50)는, 이동체(1)의 동작을 제어한다. 제어부(50)는, 센서(40)가 검출한 본체부(10) 및 파지부(20)의 위치, 회전각, 속도(빠르기 및 방향) 및 각속도(빠르기 및 방향)에 기초하여, 본체부(10) 및 파지부(20)의 이동을 제어한다. 구체적으로는, 제어부(50)는, 모터 및 관절(12)의 회전의 각속도를 제어함으로써, 본체부(10) 및 파지부(20)의 이동을 제어한다. 제어부(50)는, 예를 들어 범용적인 컴퓨터이다.

궤도 생성 장치(60)는, 연산부(61), 평가부(62), 체크부(63), 최적화부(64)를 구비하고 있다.

연산부(61)는, 이동체(1) 또는 이동체(1)의 파지부(20)를, 개시 위치(S)로부터 목표 위치(G)까지 이동시키는 궤도(70)를 생성하는 연산을 행한다. 구체적으로는, 연산부(61)는, 복수의 궤도 후보를 생성하고, 생성한 궤도 후보로부터 궤도(70)를 생성한다.

도 3은, 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치(60)의 연산부(61)가 생성한 궤도 후보를 예시한 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 연산부(61)는, 목표 위치(G) 및 목표 위치(G)의 근방을 포함하는 목표 영역 GA까지의 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성하는 연산을 행한다. 복수의 궤도 후보(71a∼71e)는, 목표 위치(G)까지의 궤도(70)가 될 수 있는 것이다. 궤도 후보(71a∼71e)는, 이동체(1) 또는 파지부(20)가 실시간으로 이동하는 궤도(70)에 접속 가능한 것이다. 복수의 궤도 후보(71a∼71e)는, 예를 들어 수백 개이며, 도 3에는 수 예를 나타내고 있다.

연산부(61)는, 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성할 때에는, 목표 위치(G)라고 하는 한 점을 향하는 궤도(70)가 아니라, 목표 위치(G) 및 그 근방을 포함하는 어느 정도의 범위를 가진 목표 영역 GA를 향하는 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다. 근방의 범위는, 연산마다 변화되어도 된다. 예를 들어, 개시 위치(S)가 목표 위치(G)로부터 먼 경우에는, 근방의 범위는 넓어도 되고, 목표 위치(G)에 가까운 경우에는, 근방의 범위는 좁아도 된다. 근방의 범위는, 소정의 파지 조건에 대응시켜 결정되어도 된다. 목표 영역 GA를 향하는 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성함으로써, 궤도(70)가 될 수 있는 것으로서의 어느 정도의 정밀도를 유지하면서, 실시간으로 이동체(1) 및 파지부(20)를 이동시키는 궤도(70)를 생성할 수 있다.

연산부(61)는, 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로 생성한다. 소정의 파지 조건은, 예를 들어 이동체(1)의 위치 및 자세, 링크(11)의 위치, 관절(12)의 회전각 및 카메라(13)의 화각 등을, 소정의 범위 내로 들어가게 하는 조건을 말한다. 소정의 파지 조건에는, 복수의 자유도가 대응된다. 예를 들어, 이동체(1)의 위치를 소정의 범위 내로 들어가게 하는 조건에는, 소정의 범위 내의 복수의 위치에 대응된 복수의 자유도를 설정할 수 있다. 예를 들어, 관절(12)의 회전각을 소정의 범위 내로 들어가게 하는 조건에는, 소정의 범위 내의 복수의 각도에 대응된 복수의 자유도를 설정할 수 있다.

도 4는, 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치(60)가 사용하는 파지 조건을 예시한 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 파지 조건은, 예를 들어 4개의 구속 조건, 즉, 골의 제1 구속 조건(하드 구속 조건), 골의 제2 구속 조건(소프트 구속 조건), 패스의 제1 구속 조건(하드 구속 조건) 및 패스의 제2 구속 조건(소프트 구속 조건)으로 구분할 수 있다. 골의 제1 구속 조건 및 골의 제2 구속 조건은, 파지부(20)가 파지 대상물을 파지할 때의 구속 조건을 말한다. 패스의 제1 구속 조건 및 패스의 제2 구속 조건은, 파지부(20)가 파지할 때까지의 궤도(70)의 구속 조건을 말한다.

골의 제1 구속 조건은, 예를 들어 궤도(70)의 목표 위치(G)에서 이동체(1) 및 파지부(20)가 반드시 취하고 있어야 하는 상태를 말한다. 구체적으로는, 파지부(20)는 파지 대상물을 파지할 수 있는 위치에 위치하고 있는 것이다. 골의 제2 구속 조건은, 예를 들어 궤도(70)의 목표 위치(G)에서 이동체(1) 및 파지부(20)에 의해 가능한 한 만족시키고자 하는 상태를 말한다. 구체적으로는, 이동체(1)는 자세를 지나치게 펴지 않도록 하는 것이다.

패스의 제1 구속 조건은, 예를 들어 궤도(70)의 전체에서 이동체(1) 및 파지부(20)가 반드시 취하고 있어야 하는 상태를 말한다. 구체적으로는, 책상 등의 서랍을 당기는 경우에는, 파지부(20)는 직선 궤도를 취하는 것이다. 패스의 제2 구속 조건은, 예를 들어 궤도(70)의 전체에서 이동체(1) 및 파지부(20)에 의해 가능한 한 만족시키고자 하는 상태를 말한다. 구체적으로는, 이동 중, 이동체(1)는 가능한 한 손을 움직이지 않게 하는 것 등이다.

도 5는, 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치(60)가 사용하는 구속 조건의 종류를 예시한 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 구속 조건의 종류는, 예를 들어 TSR 구속 조건, Range Joint 구속 조건 및 Visibility 구속 조건을 포함하고 있다.

TSR 구속 조건은, 링크(11)에 관한 구속 조건이며, 링크(11)의 위치 및 자세, 파지부(20)의 위치 및 자세를 어느 범위 내로 들어가게 하는 조건을 말한다. 예를 들어, TSR 구속 조건을 6차원(X축 방향의 위치, Y축 방향의 위치, Z축 방향의 위치, ψ축 주위의 회전, θ축 주위의 회전, φ축 주위의 회전)의 초입방체로 표현해도 된다. 이에 의해, 도어 개방 등의 궤도를 하나의 궤도로 표현할 수 있다. TSR 구속 조건은, 전술한 골의 제1 구속 조건∼패스의 제2 구속 조건의 4개의 구속 조건 중 어느 것으로 사용해도 된다.

Range Joint 구속 조건은, 관절(12)에 관한 구속 조건이며, 관절(12)을 어느 범위 내로 들어가게 하는 조건을 말한다. 이에 의해, 이동체(1), 링크(11), 카메라(13)의 위치 및 방향을 표현할 수 있다. Range Joint 구속 조건도, 골의 제1 구속 조건∼패스의 제2 구속 조건의 4개의 구속 조건 중 어느 것으로 사용해도 된다.

Visibility 구속 조건은, 카메라(13)의 화각 등에 관한 구속 조건이며, 지정한 카메라(13)의 시야에, 지정한 좌표를 유지하는 조건을 말한다. Visibility 구속 조건은, 골의 제1 구속 조건∼패스의 제2 구속 조건의 4개의 구속 조건 중 어느 것으로 사용해도 된다.

연산부(61)는, 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성할 때에는, 소정의 골의 제1 구속 조건 및 패스의 제1 구속 조건에 대응시킨 복수의 자유도로 생성한다. 연산부(61)는, 이동체(1)의 위치, 링크(11)의 위치, 관절(12)의 회전각 및 카메라(13)의 화각 중 적어도 어느 것을, 소정의 범위 내로 들어가게 하는 제1 구속 조건을, 소정의 파지 조건으로 하여, 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다.

연산부(61)가 궤도 후보(71a∼71e)를 생성하는 방법은 특별히 구애되지 않는다. 예를 들어, 링크(11) 및 관절(12)로 구성된 머니퓰레이터에 있어서, 직교하는 3축 주위의 회전 이동의 해석 해를 사용하여 궤도 후보(71a∼71e)를 연산하는 해석 해 베이스의 궤도 생성 방법이어도 되고, 룩업 테이블 등을 사용한 메모리 베이스의 궤도 생성 방법이어도 된다. 연산부(61)는, 일본 특허 공개 제2017-42868호에 기재된 해석 해를 사용하여 궤도 후보를 생성하는 것이 바람직하다. 해석 해 베이스의 궤도 생성 방법은, 고속으로 연산할 수 있으므로, 이동체(1) 및 파지부(20)의 이동과 실시간으로 궤도(70)를 생성할 수 있다.

연산부(61)는, 소정 기간 TS 내에 연산할 수 있는 범위에서 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다. 소정 기간 TS는, 예를 들어 연산부(61)가 수백 개의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성하는 기간이다. 소정 기간 TS는, 예를 들어 200[ms]이다. 연산부(61)는, 소정 기간 TS마다 주기적으로, 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다. 또한, 연산부(61)는, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위에서 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성해도 된다. 또한, 연산부(61)는, 소정 수의 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위에서 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성해도 된다. 이와 같이, 연산부(61)는, 목표 위치(G) 및 목표 위치(G)의 근방을 포함하는 목표 영역 GA까지의 복수의 궤도 후보를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로, 소정 기간 내에 연산할 수 있는 범위, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위, 및 소정 수의 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위 중 적어도 어느 것의 범위 내에서 생성한다. 또한, 소정 기간, 소정 연산 처리량, 소정 수는, 복수의 궤도 후보를 생성할 수 있는 것을 만족시키면 되고, 설정하여 정한 설정 기간, 설정 연산 처리량, 설정수여도 된다. 또한, 연산부(61)는, 목표 위치(G) 및 목표 위치(G)의 근방을 포함하는 목표 영역 GA까지의 복수의 궤도 후보를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로, 소정 기간 내에 연산할 수 있는 범위, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위, 및 소정 수의 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위 중 어느 범위 내에서 생성해도 된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 복수의 궤도 후보(71a∼71e)는, 시간 t2∼시간 t3 사이의 소정 기간 TS 내에 생성된다. 그리고 시간 t3까지의 동안에, 복수의 궤도 후보(71a∼71e)로부터 궤도(70)가 되는 것이 선택된다. 시간 t2∼시간 t3 사이에, 이동체(1) 또는 파지부(20)가 이동하고 있는 궤도(70)는, 시간 t1∼시간 t2 사이에 생성된 것이다. 이와 같이, 연산부(61)는, 현재(시간 t2∼t3)의 궤도(70)에, 다음 주기에서 (시간 t3으로부터의) 접속 가능한 궤도 후보(71a∼71e)를 주기적으로 생성한다. 연산부(61)는, 소정의 제1 구속 조건을 만족시키는 다양한 궤도 후보(71a∼71e)를, 하나의 소정 기간 TS가 허용하는 한 생성한다.

평가부(62)는, 궤도(70)의 평가를 행한다. 구체적으로는, 평가부(62)는, 생성된 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 평가 항목에 기초하여 평가를 행한다.

도 6은, 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치(60)에 있어서, 연산부(61)가 생성한 궤도 후보(71a∼71e)를 평가부(62)가 평가한 결과를 예시한 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 평가부(62)는, 평가 항목에 기초하여, 궤도 후보(71b, 71a, 71c, 71d 및 71e)를 No.1∼No.5로 순위 부여한다. 평가부(62)가 순위 부여에 사용하는 평가 항목은, 예를 들어 가능한 한 만족되는 것이 바람직한 제2 구속 조건을 포함하고 있다. 또한, 평가 항목은, 궤도 길이의 조건을 포함하고 있다. 궤도 길이의 조건은, 궤도 길이가 작은 쪽의 궤도 후보(71a∼71e)의 평가를 높게 하는 조건이다. 궤도 길이는, 궤도 후보(71a∼71e)를 따른 길이이다.

체크부(63)는, 간섭물의 회피에 대한 각 궤도 후보(71a∼71e)의 성립성을 체크한다. 체크부(63)는, 평가부(62)가 평가한 궤도 후보(71a∼71e) 중, 평가가 가장 높은 궤도 후보(71b)로부터 차례로 성립성을 체크한다. 성립성은, 궤도로서 성립하는지 여부를 나타내는 것이다. 예를 들어, 성립성은, 간섭물의 회피에 대해 성립하는가이다. 즉, 궤도 후보(71a∼71e)가 간섭물을 회피하고 있는 경우에는, 성립성을 만족시키고 있다. 체크부(63)는, 구체적으로는, 3D에 의한 간섭 체크 또는 맵을 사용한 2D 간섭 체크를 행한다. 그리고 체크부(63)는, 성립성을 만족시키는 궤도 후보(71b)를 선택한다.

도 7은, 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치(60)의 연산부(61)가 생성한 궤도 후보(71b)를 예시한 도면이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 연산부(61)는, 평가에 기초하여 선택된 궤도 후보(71b)를 사용하여 궤도(70)를 생성한다. 또는, 연산부(61)는, 체크부(63)가 선택한 궤도 후보(71b)를 사용하여 궤도를 생성한다. 구체적으로는, 연산부(61)는, 평가가 높은 궤도 후보(71b), 또는 체크부(63)가 선택한 궤도 후보(71b)의 개시 위치(S)측의 일부를 미소 궤도(73)로 하여, 개시 위치(S) 또는 직전의 미소 궤도(73)에 소정 기간 TS마다 주기적으로 연결한다. 구체적으로는, 연산부(61)는, 궤도 후보(71b)의 개시 위치(S)측의 일부를, 시간 t3∼시간 t4에 이동체(1) 또는 파지부(20)가 진행하는 미소 궤도(73)로 하여, 시간 t3까지 생성된 궤도(70)에 연결한다.

이에 의해, 연산부(61)는, 개시 위치(S)측으로부터 차례로 주기적으로 복수의 미소 궤도(73)를 연결함으로써 궤도(70)를 생성한다. 미소 궤도(73)는, 궤도 후보(71b) 중, 소정 기간 TS에 이동체(1) 또는 파지부(20)가 이동하는 부분이다.

도 8은, 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치(60)의 연산부(61)가 생성한 궤도 후보(71f∼71j)를 예시한 도면이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 다음 소정 기간 TS(시간 t3∼t4) 내에 있어서, 연산부(61)는, 복수의 궤도 후보(71f∼71j)를 생성한다. 그 때에는, 연산부(61)는, 직전의 미소 궤도(73)의 목표 위치(G)측(시간 t4의 위치)으로부터, 목표 영역 GA까지의 복수의 궤도 후보(71f∼71j)를 생성한다. 연산부(61)는, 이동체(1) 또는 파지부(20)가 목표 위치(G)까지 도달할 때까지 궤도 후보의 생성을 반복한다.

최적화부(64)는, 생성된 궤도를 이동체(1) 또는 파지부(20)가 허용되는 최고속의 속도로 이동 가능하게 되도록, 이동체(1) 또는 파지부(20)의 구동을 최적화한다. 구체적으로는, 최적화부(64)는 구동부(30)를 조정하여, 본체부(10), 링크(11), 관절(12) 및 카메라(13)의 구동을 최적화한다. 최적화부(64)는, 생성된 기하학적인 궤도(70) 상을, 실제로, 이동체(1) 또는 파지부(20)가 허용되는 최고속의 속도로 이동할 수 있도록, 구동부(30)의 구동을 최적화한다.

궤도 생성 방법

다음으로, 궤도 생성 방법을 설명한다. 도 9는, 실시 형태에 관한 궤도 생성 방법을 예시한 흐름도이다. 도 9의 스텝 S11에 나타내는 바와 같이, 소정 기간 TS 내에 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다. 구체적으로는, 연산부(61)는, 목표 영역 GA까지의 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로 생성한다. 연산부(61)는, 소정 기간 TS 내에 연산할 수 있는 범위에서, 가능한 한 많은 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다. 소정 기간 TS는, 예를 들어 200[ms]이다. 또한, 연산부(61)는, 예를 들어 소정의 파지 조건으로서, 제1 구속 조건에 기초하여, 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다. 또한, 연산부(61)는, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위에서 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성해도 되고, 소정 수의 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위에서 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성해도 된다.

다음으로, 스텝 S12에 나타내는 바와 같이, 생성된 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 평가한다. 평가부(62)는, 생성된 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 평가 항목에 기초하여 평가를 행한다. 평가 항목은, 예를 들어 궤도 길이의 조건, 또는 제2 구속 조건을 포함하고 있다. 또한, 평가 항목은, 궤도 길이의 조건 및 제2 구속 조건에 한정되지 않고, 다른 평가 항목을 사용해도 된다.

다음으로, 스텝 S13에 나타내는 바와 같이, 궤도 후보(71a∼71e)의 성립성을 평가순으로 체크한다. 체크부(63)는, 평가부(62)가 평가한 궤도 후보(71a∼71e)를, 평가가 가장 높은 궤도 후보(71b)로부터 차례로 성립성을 체크한다. 체크부(63)는, 성립성을 만족시키는 궤도 후보(71b)를 선택한다. 그리고 체크부(63)는, 선택한 궤도 후보(71b)를 출력한다.

다음으로, 스텝 S14에 나타내는 바와 같이, 직전의 궤도(70)에 궤도 후보(71b)를 연결한다. 연산부(61)는, 체크부(63)가 선택한 궤도 후보(71b) 등을 사용하여 궤도(70)를 생성한다. 구체적으로는, 연산부(61)는, 평가부(62)에 의한 평가가 높고, 체크부(63)가 선택한 궤도 후보(71b)의 개시 위치(S)측의 일부를 미소 궤도(73)로 하여, 직전의 미소 궤도(73)에 연결한다. 이에 의해, 개시 위치(S)측으로부터 주기적으로 차례로 복수의 미소 궤도(73)를 연결함으로써 궤도(70)를 생성한다. 이와 같이, 궤도(70)는, 복수의 미소 궤도(73)에 의해 구성되어 있다.

다음으로, 스텝 S15에 나타내는 바와 같이, 궤도(70)의 최적화를 행한다. 최적화부(64)는, 생성된 궤도(70)를 이동체(1) 또는 파지부(20)가 허용되는 최고속의 속도로 이동 가능하게 되도록, 이동체(1) 또는 파지부(20)의 구동을 최적화한다.

다음으로, 스텝 S16에 나타내는 바와 같이, 이동체(1) 또는 파지부(20)가 목표 위치(G)에 도달하였는지 판단한다. 연산부(61)는, 이동체(1) 또는 파지부(20)의 위치와, 목표 위치(G)를 비교함으로써 이동체(1) 또는 파지부(20)가 목표 위치(G)에 도달하였는지를 판단한다. 연산부(61)는, 이동체(1) 또는 파지부(20)가 목표 위치(G)에 도달하지 않았다고 판단한 경우에는, 스텝 S11로 돌아간다. 그리고 처리를 반복한다. 즉, 연산부(61)는, 미소 궤도(73)의 목표 위치(G)측으로부터, 목표 영역 GA까지의 복수의 궤도 후보(71f∼71j)를 생성한다.

한편, 스텝 S16에 있어서, 연산부(61)는, 이동체(1) 또는 파지부(20)가 목표 위치(G)에 도달하였다고 판단하였을 때에는, 처리를 종료한다. 이와 같이 하여, 궤도 생성 장치(60)는, 궤도(70)를 생성할 수 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 효과를 설명한다. 본 실시 형태에서는, 연산부(61)는, 목표 위치(G) 및 목표 위치(G)의 근방을 포함하는 목표 영역 GA까지의 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다. 목표 위치(G)를, 그 근방을 포함하는 목표 영역 GA까지 확장시키고 있으므로, 연산의 정밀도 저하를 어느 정도로 억제하면서, 많은 궤도 후보(71a∼71e)를 생성할 수 있다. 또한, 목표 위치(G)를, 그 근방을 포함하는 목표 영역 GA까지 확장시키고 있으므로, 1개의 궤도 후보를 생성하는 연산 시간을 짧게 할 수 있어, 소정 기간 TS 내에 가능한 한 많은 궤도 후보(71a∼71e)를 생성할 수 있다.

또한, 제1 구속 조건에 기초하여 궤도 후보(71a∼71e)를 생성하므로, 관절(12) 등의 움직임을 제한할 수 있어, 연산 시간을 저감할 수 있다. 따라서, 허용되는 소정 기간 TS 내에 복수의 궤도 후보(71a∼71e)를 생성할 수 있다. 정밀도를 유지하는 대신에, 궤도 후보(71a∼71e)의 평가 및 체크로 성립성을 담보한다. 이와 같이 하여, 궤도(70)의 생성과 실시간으로 로봇 등의 이동체(1)를 이동시켜, 이동체(1)의 움직임을 원활하게 할 수 있다.

종래의 궤도 생성 장치는, RRT(Rapidly exploring Random Tree), PRM(Probabilistic Road Map) 등의 글로벌한 궤도 생성 장치, 및 Jacobian 등을 사용한 미분 운동학계의 궤도 생성 장치의 두 가지로 나뉜다. 글로벌한 궤도 생성 장치는, 개시 위치(S)로부터 목표 위치(G)까지의 궤도(70)의 전체를 탐색하므로, 궤도(70)의 생성에 장시간을 요한다.

본 실시 형태에서는, 목표 위치(G)를, 목표 위치(G)의 근방을 포함하는 목표 영역 GA까지 확장시켜, 가능한 한 많은 궤도 후보(71a∼71e)를 생성한다. 따라서, 궤도(70)의 생성을 위한 연산을, 소정의 정밀도로 유지할 수 있고, 연산 시간을 저감할 수 있다.

평가부(62)는, 평가 항목으로서 제2 구속 조건을 포함하고 있다. 따라서, 이동체(1)의 위치 및 자세 등을 바람직한 것으로 할 수 있다.

연산부(61)는, 평가가 높은 궤도 후보(71b)의 개시 위치(S)측의 일부를 미소 궤도(73)로 하여, 개시 위치(S) 또는 직전의 미소 궤도(73)에 연결하고, 이에 의해, 개시 위치(S)측으로부터 주기적으로 차례로 복수의 미소 궤도(73)를 연결함으로써 궤도(70)를 생성한다. 따라서, 이동체(1) 또는 파지부(20)는, 원활하게 궤도(70) 상을 이동할 수 있다.

이상, 본 발명에 관한 실시 형태를 설명하였지만, 상기한 구성에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 실시 형태에 관한 궤도 생성 장치를 구비한 로봇 등의 이동체(1)도, 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.

Claims

궤도 생성 장치에 있어서,
이동체(1) 또는 상기 이동체(1)의 파지부(20)를 개시 위치(S)로부터 목표 위치(G)까지 이동시키는 궤도(70)를 생성하는 연산을 행하는 연산부(61)와,
상기 궤도(70)를 생성하기 위해 사용되는 복수의 궤도 후보의 평가를 행하는 평가부(62)를
포함하고,
상기 연산부(61)는, 상기 목표 위치(G) 및 상기 목표 위치(G)의 근방을 포함하는 목표 영역(GA)까지의 복수의 상기 궤도 후보를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로, 소정 기간 내에 연산할 수 있는 범위, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위, 및 소정 수의 상기 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위 중 적어도 어느 것의 범위 내에서 생성하고,
상기 평가부(62)는, 상기 연산부(61)에 의해 생성된 상기 복수의 궤도 후보를 평가 항목에 기초하여 평가를 행하고,
상기 연산부(61)는, 상기 평가에 기초하여 선택된 상기 궤도 후보를 사용하여 상기 궤도(70)를 생성하고,
상기 이동체(1)는, 본체부와, 상기 본체부에 상기 파지부(20)를 접속하는 링크 및 관절과, 화각이 가변인 카메라를 갖고,
상기 연산부(61)는, 상기 이동체(1)의 위치, 상기 링크의 위치, 상기 관절의 회전각 및 상기 화각 중 적어도 어느 것을, 소정의 범위 내로 들어가게 하는 제1 구속 조건을, 상기 소정의 파지 조건으로 하여, 상기 궤도 후보를 생성하는, 궤도 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산부(61)는, 상기 평가에 기초하여 선택된 상기 궤도 후보의 상기 개시 위치측의 일부이며, 상기 소정 기간에 상기 이동체(1) 또는 상기 파지부(20)가 이동하는 부분을, 미소 궤도로 하여, 상기 개시 위치(S) 또는 직전의 상기 미소 궤도에 상기 소정 기간마다 주기적으로 연결하고, 상기 개시 위치(S)로부터 차례로 복수의 상기 미소 궤도를 연결함으로써 상기 궤도(70)를 생성하는, 궤도 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 연산부(61)는, 상기 개시 위치(S) 또는 직전의 상기 미소 궤도의 상기 목표 위치측으로부터, 상기 목표 영역(GA)까지의 상기 복수의 궤도 후보를 생성하는, 궤도 생성 장치.
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평가부(62)는, 상기 궤도 후보를 따른 길이가 작은 쪽의 상기 평가를 높게 하는 궤도 길이의 조건, 또는 가능한 한 만족되는 것이 바람직한 상태의 상기 평가를 높게 하는 제2 구속 조건을 상기 평가 항목에 포함하는, 궤도 생성 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
간섭물의 회피에 대한 각 궤도 후보의 성립성을 체크하는 체크부(63)를 더 포함하고,
상기 체크부(63)는, 상기 평가에 기초하여 선택된 상기 궤도 후보로부터 차례로 상기 성립성을 체크하고, 상기 성립성을 만족시키는 궤도 후보를 선택하고,
상기 연산부(61)는, 상기 체크부(63)가 선택한 상기 궤도 후보를 사용하여 상기 궤도를 생성하는, 궤도 생성 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산부(61)에 의해 생성된 상기 궤도를 상기 이동체(1) 또는 상기 파지부(20)가 이동 가능하게 되도록, 상기 이동체(1) 또는 상기 파지부(20)의 구동을 최적화하는 최적화부(64)를 더 포함하는, 궤도 생성 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산부(61)는, 해석 해를 사용하여 상기 궤도 후보를 생성하는, 궤도 생성 장치.
궤도 생성 방법에 있어서,
이동체 또는 이동체의 파지부의 목표 위치(G) 및 상기 목표 위치(G)의 근방을 포함하는 목표 영역(GA)까지의 복수의 궤도 후보를, 소정의 파지 조건에 대응시킨 복수의 자유도로, 소정 기간 내에 연산할 수 있는 범위, 소정 연산 처리량으로 연산할 수 있는 범위, 및 소정 수의 상기 궤도 후보를 연산할 수 있는 범위 중 적어도 어느 것의 범위 내에서 생성하는 것과,
상기 생성된 상기 복수의 궤도 후보를 평가 항목에 기초하여 평가하는 것과,
상기 평가에 기초하여 선택된 상기 궤도 후보를 사용하여, 상기 이동체(1) 또는 상기 이동체(1)의 상기 파지부(20)를 개시 위치(S)로부터 상기 목표 위치(G)까지 이동시키는 궤도(70)를 생성하는 연산을 행하는 것을
포함하고,
상기 이동체(1)는, 본체부와, 상기 본체부에 상기 파지부(20)를 접속하는 링크 및 관절과, 화각이 가변인 카메라를 갖고,
상기 이동체(1)의 위치, 상기 링크의 위치, 상기 관절의 회전각 및 상기 화각 중 적어도 어느 것을, 소정의 범위 내로 들어가게 하는 제1 구속 조건을, 상기 소정의 파지 조건으로 하여, 상기 궤도 후보를 생성하는, 궤도 생성 방법.