WO2022079764A1

WO2022079764A1 - 干渉チェック装置

Info

Publication number: WO2022079764A1
Application number: PCT/JP2020/038482
Authority: WO
Inventors: 清石前川; 七星春尾; 卓矢岡原
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2022-04-21
Also published as: DE112020007676T5; CN116056845A; JP7357808B2; JPWO2022079764A1

Abstract

干渉チェック装置（１）は、ロボットの手先位置姿勢と、当該手先位置姿勢が指令された場合にロボットと周辺環境との干渉を回避するために行うロボットの手先位置の修正に関する情報との関係を学習する干渉回避位置学習部（２）と、ロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令が入力されると、干渉回避位置学習部（２）による学習結果に基づいて、ロボットと周辺環境との干渉を回避するために行う動作指令の修正に関する情報を算出する干渉回避位置算出部（３）と、を備える。

Description

干渉チェック装置

　本開示は、ロボットと周辺環境との干渉発生の有無をチェックする干渉チェック装置に関する。

　ロボットシステムでは、ロボットがシステム内にある装置などの周辺環境との干渉を防止しながら高速に動作を行うことが求められている。そのため、ロボットに対する動作指令を生成する際、動作指令の各地点においてロボットもしくはロボット先端のハンド、または、ハンドが把持した対象物と周辺の環境が衝突するかどうかを事前に確認する干渉チェックを実施し、干渉が発生すると予測される場合は動作指令を修正することが行われてきた。

　例えば、特許文献１に記載の干渉チェック装置は、ニューラルネットワークの学習用データ作成のための多関節マニピュレータと障害物のモデルと、多関節マニピュレータの各関節角度を入力とし、その関節角度を実現した場合に多関節マニピュレータと障害物とが干渉するかどうかを出力とするニューラルネットワークと、ニューラルネットワークの出力をユーザの設定した判定値と照らし合わせ干渉しているかどうかを最終的に判断する判定部とを有し、多関節マニピュレータと障害物の干渉チェックを行う。

特開平７－２２３１８１号公報

　干渉チェックは、ロボットや周辺の環境などのロボットシステムの構成要素を直方体や球などで近似し、すべての構成要素が互いに干渉しないかどうかを確認することで実施していた。そのため、干渉チェックの計算に時間を要するという課題がある。

　この課題に対し、特許文献１に記載の干渉チェック装置では、ロボットの関節角度毎にロボットと周囲が干渉するかどうかを学習したニューラルネットワークを用いることで、干渉チェックの計算をニューラルネットワークの計算により実現することで計算量を削減している。しかしながら、特許文献１に記載の干渉チェック装置は、干渉の有無の判定のみを行い、干渉を回避するためにロボットの動作軌道をどう修正すればよいかは別途決定する必要がある。そのため、干渉発生時に軌道修正案を生成するのに時間を要するという問題があった。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ロボットと周辺環境との干渉発生の有無の判定および干渉が発生する場合のロボットの動作軌道の修正に要する時間を短縮することが可能な干渉チェック装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる干渉チェック装置は、ロボットの手先位置姿勢と、当該手先位置姿勢が指令された場合にロボットと周辺環境との干渉を回避するために行うロボットの手先位置の修正に関する情報との関係を学習する干渉回避位置学習部を備える。また、干渉チェック装置は、ロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令が入力されると、干渉回避位置学習部による学習結果に基づいて、ロボットと周辺環境との干渉を回避するために行う動作指令の修正に関する情報を算出する干渉回避位置算出部を備える。

　本開示にかかる干渉チェック装置は、ロボットと周辺環境との干渉発生の有無の判定および干渉が発生する場合のロボットの動作軌道の修正に要する時間を短縮できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる干渉チェック装置の構成例を示す図実施の形態１にかかる干渉チェック装置が備える干渉回避位置学習部の構成例を示す図実施の形態１にかかる干渉チェック装置が備える干渉回避位置学習部の動作の一例を示すフローチャート実施の形態１にかかる干渉チェック装置が備える干渉回避位置算出部の構成例を示す図実施の形態１にかかる干渉チェック装置が備える動作修正部の動作を説明するための図実施の形態１にかかる干渉チェック装置が動作指令を修正する動作の一例を示すフローチャート実施の形態２にかかるロボットの干渉チェック装置の構成例を示す図実施の形態３にかかる干渉チェック装置が備える干渉回避位置学習部の構成例を示す図実施の形態４にかかる干渉チェック装置が備える干渉回避位置学習部の構成例を示す図実施の形態５にかかる干渉チェック装置の動作を説明するための図実施の形態７にかかる干渉チェック装置が備える動作修正部の動作を説明するための図実施の形態８にかかる干渉チェック装置が備える干渉回避位置算出部の構成例を示す図実施の形態９にかかる干渉チェック装置を備える動作指令生成装置の構成例を示す図実施の形態１０にかかる干渉チェック装置を備える動作指令生成装置の構成例を示す図

　以下に、本開示の実施の形態にかかる干渉チェック装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる干渉チェック装置の構成例を示す図である。実施の形態１にかかる干渉チェック装置１は、パーソナルコンピュータなどのコンピュータ１００内に設けられる。すなわち、実施の形態１にかかる干渉チェック装置１は、コンピュータ１００が、干渉チェック装置１として動作するためのプログラムを実行することにより実現される。干渉チェック装置１は、干渉回避位置学習部２、干渉回避位置算出部３、動作修正部４および動作計画部５を備える。

　干渉チェック装置１は、動作計画部５が生成する動作計画に従って図示を省略したロボットが動作する際に、ロボットが周辺に存在する装置などの周辺環境と干渉するかどうか、すなわち、ロボットが周辺環境に衝突するかどうかをチェックする。また、干渉チェック装置１は、干渉が発生する場合には、ロボットの位置を干渉が発生しない位置に修正するための修正量を算出する。ここで、動作計画はロボットの位置を指令する動作指令を含んでいる。したがって、干渉チェック装置１は、動作計画に含まれる動作指令のそれぞれについて、動作指令が指令する位置である指令位置までロボットを移動させた場合にロボットが周辺環境と干渉するかどうかを判定するとともに、干渉が発生する場合には干渉が発生しない指令位置を動作指令が指令するよう動作指令を修正するための修正量を算出する。干渉が発生するかどうかの判定および干渉が発生する場合の修正量の算出は干渉回避位置算出部３が行う。動作修正部４は、干渉回避位置算出部３がロボットと周辺環境の干渉発生を検出した場合、動作計画部５で作成された動作指令を干渉回避位置算出部３で算出された修正量に基づいて修正する。

　干渉回避位置学習部２は、ロボットの手先の位置および姿勢と、干渉を生じなくするために必要な垂直上向きの修正量との関係をあらかじめ学習しておく。ロボットの手先の位置および姿勢は、動作計画部５が生成する動作指令、すなわち、動作計画に含まれる動作指令によって指令される。なお、これ以降の説明では、「ロボットの手先の位置および姿勢」を「ロボットの手先位置姿勢」と記載する場合がある。干渉回避位置学習部２が学習した結果、具体的には、ニューラルネットワークとも称される神経回路網などの、ロボットの手先位置姿勢とこの手先位置姿勢が指令された場合に干渉を生じなくするために必要な垂直上向きの修正量との関係を表現する近似関数は、干渉回避位置算出部３に受け渡され、これを干渉回避位置算出部３が記憶しておく。干渉回避位置算出部３は、干渉回避位置学習部２で学習した神経回路網などの関数を直接記憶してもよいし、干渉回避位置学習部２で学習した神経回路網などの関数のパラメータを記憶してもよい。

　動作計画部５で動作指令が生成されると、あらかじめ定められた周期ごとの動作指令上のロボットの手先位置姿勢が干渉回避位置算出部３に入力される。なお、ロボットの手先位置姿勢の入力とは、ロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令の入力を意味する。干渉回避位置算出部３は、入力されたロボットの手先位置姿勢毎に、ロボットが周辺環境と干渉するかどうかを判断し、干渉すると判断する場合に、干渉しなくするために必要なロボットの動作指令の修正量（以下、指令修正量と称する）を算出し、動作修正部４に出力する。動作修正部４は、動作計画部５で生成された動作指令を、干渉回避位置算出部３から出力される指令修正量に基づいて修正する。動作修正部４が修正した動作指令は動作計画部５を介してロボット制御装置２００に送信され、ロボット制御装置２００は、修正後の動作指令に基づいて実際のロボット動作の制御を実施する。ロボット制御装置２００は指令生成部６を備えており、指令生成部６が、修正後の動作指令に基づいて、ロボットに送信する動作指令を作成する。

　次に干渉チェック装置１の各構成要素の内容について詳しく説明する。

　図２は、実施の形態１にかかる干渉チェック装置１が備える干渉回避位置学習部２の構成例を示す図である。干渉回避位置学習部２は、干渉チェック部７と、手先位置修正部８と、環境情報記憶部９と、学習処理部１０とを備える。

　図２に示す干渉回避位置学習部２は、まず、ロボットの様々な手先位置姿勢について、干渉を回避するために必要な修正量を演算する。具体的には、干渉チェック部７が、ロボットの様々な手先位置姿勢のそれぞれについて、各手先位置姿勢においてロボットが周辺環境と干渉するかどうかをチェックする。ここで、干渉チェック部７は、ロボットがハンドを有する場合は、ロボット本体に加え、ハンドが周辺環境と干渉するかどうかをチェックし、ハンドが物体を把持した状態で移動する場合はハンドが把持する対象物が周辺環境と干渉するかどうかもチェックする。また、環境情報記憶部９は、ロボットアームのリンク長、アームの太さなどのロボット本体の情報と、ハンドのサイズ、対象物のサイズ、ハンドが物体を把持する位置である把持位置、などの情報と、ロボットの周辺環境に存在する障害物の位置、大きさなどの情報と、を予め記憶している。

　干渉チェック部７は、環境情報記憶部９の内部に記憶されている上記の各種情報に基づき、ロボットおよび周辺の障害物といったロボットシステムの各構成要素を、直方体、球などで近似し、近似後のロボットが近似後のその他のすべての構成要素と干渉するかどうかをチェックする。なお、ロボットの近似は、アーム、ハンド、ハンドが把持する物体など、ロボットの構成物ごとに行う。

　干渉チェック部７は、チェック結果を手先位置修正部８に出力する。手先位置修正部８は、干渉チェック部７で干渉しないと判定された場合は、チェック対象とした手先位置姿勢の手先位置修正量を０とし、これを学習処理部１０に出力する。一方、手先位置修正部８は、干渉チェック部７で干渉すると判定された場合は、手先位置姿勢のうち姿勢を固定したまま手先位置をユーザに指定された方向に修正し、手先位置を修正した後の手先位置姿勢（以下、修正後の手先位置姿勢とする）を干渉チェック部７に出力する。そして、干渉チェック部７が、修正後の手先位置姿勢においてロボットが周辺環境と干渉するかどうかをチェックする。修正する手先位置は、例えばＺ方向（手先位置の上下方向）とするが、手先位置の水平方向を修正してもよい。また、手先位置の上下方向および水平方向の双方を修正してもよい。また、本実施の形態では姿勢を固定して手先位置を修正するが、垂直６軸ロボットの場合、手首軸（手先側の第４軸、第５軸および第６軸）の関節位置を固定する制約の下で手先位置を修正してもよい。干渉チェック部７および手先位置修正部８は、上記の動作を干渉チェック部７が干渉なしと判定するまで繰り返し、手先位置修正部８は、干渉チェック部７が干渉しないと判定した場合、その時の手先位置修正量を、チェック対象とした手先位置姿勢の手先位置修正量として学習処理部１０に出力する。

　次に、学習処理部１０が、手先位置姿勢と手先位置修正量の組み合わせがそれぞれ入力と出力になるように、近似関数の学習を実施する。図２に示す干渉回避位置学習部２は、近似関数の一例として神経回路網２０の学習を実施する。学習した神経回路網２０は干渉回避位置算出部３に送信される。

　以上の干渉回避位置学習部２の動作をフローチャートで示すと図３のようになる。図３は、実施の形態１にかかる干渉チェック装置１が備える干渉回避位置学習部２の動作の一例を示すフローチャートである。

　図３に示すように、干渉回避位置学習部２は、まず、ロボットの手先位置姿勢を入力し（ステップＳ１１）、干渉チェック部７で干渉の有無を確認する（ステップＳ１２）。すなわち、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で入力された手先位置姿勢においてロボットが周辺環境と干渉するかどうかを干渉チェック部７が確認する。

　干渉が発生しない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、手先位置修正部８が、ステップＳ１１で入力された手先位置姿勢における手先位置修正量として、手先位置修正量＝０を学習処理部１０に出力する。次に、学習処理部１０が、ステップＳ１１で入力されたロボットの手先位置姿勢と手先位置修正部８から入力された手先位置修正量を学習する（ステップＳ１５）。具体的には、学習処理部１０は、ロボットの手先位置姿勢の入力があると手先位置修正量を出力するよう、神経回路網２０の学習を実施する。

　一方、干渉が発生する場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、手先位置修正部８が、ロボットの手先位置姿勢の手先位置を修正する（ステップＳ１４）。手先位置修正部８は、手先位置を修正後のロボットの手先位置姿勢（修正後の手先位置姿勢）を干渉チェック部７に出力し、この修正後の手先位置姿勢においてロボットが周辺環境と干渉するかどうかを干渉チェック部７が確認する（ステップＳ１２）。その後、干渉回避位置学習部２は、干渉が発生しないと干渉チェック部７が判定すると（ステップＳ１３：Ｎｏ）、その時点の手先位置の修正量を、ステップＳ１１で入力された手先位置姿勢における手先位置修正量として学習処理部１０に出力する。

　干渉回避位置学習部２は、図３に示すステップＳ１１～Ｓ１５の処理をロボットの様々な手先位置姿勢を対象として繰り返し実行し、神経回路網２０の学習を進める。

　干渉回避位置算出部３には動作計画部５で生成される動作指令のあらかじめ定められた周期ごとの値が入力される。あらかじめ定められた周期としては指令生成周期、指令生成周期を整数倍した周期があげられる。

　図４は、実施の形態１にかかる干渉チェック装置１が備える干渉回避位置算出部３の構成例を示す図である。図４に示すように、干渉回避位置算出部３は、干渉回避位置学習部２から受け取った学習済みの神経回路網２０を保持している。干渉回避位置算出部３は、動作計画部５からロボットの手先位置姿勢が入力されるとこれを神経回路網２０に入力し、この手先位置姿勢での手先位置修正量を算出する。干渉回避位置算出部３は、算出した手先位置修正量と、動作計画部５から入力されたロボットの手先位置姿勢すなわちロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令とを動作修正部４に出力する。

　動作修正部４は、干渉回避位置算出部３が算出した手先位置修正量に基づいて動作指令を修正する。図５は、実施の形態１にかかる干渉チェック装置１が備える動作修正部４の動作を説明するための図である。図５においては、丸（○）が周期毎に動作計画部５から出力された動作指令の値、三角（△）が各周期の動作指令の値に手先位置修正量を加算した値である。各○を繋いだものは修正前の手先軌道、各△を繋いだものは修正後の手先軌道である。

　図５に示す例では動作開始地点および動作終了地点を含む７周期の動作指令が出力されている。このうち３点では手先位置修正量が０になっているため、動作計画部５から出力された動作指令と修正後の動作指令は一致する。すなわち、これら３点では動作修正部４は入力された動作指令を修正しない。残りの４点では、動作修正部４は、干渉回避位置算出部３から出力される手先位置修正量だけ、入力された動作指令を修正する。動作修正部４は、周期ごとに手先位置修正量だけ修正した動作指令を動作計画部５に出力する。

　動作計画部５は、動作修正部４で修正された動作指令を受け取るとそのまま指令生成部６に出力してもよいが、本実施の形態では動作修正部４で修正された動作指令を改めて干渉回避位置算出部３に出力する。動作計画部５は、干渉回避位置算出部３での手先位置修正量がすべての周期で０になったときに動作修正部４での修正を完了とし、そのときの動作指令をロボット制御装置２００の指令生成部６に出力する。

　以上の動作、すなわち、干渉チェック装置１が動作指令を修正してロボットが周辺環境と干渉しないようにする動作をフローチャートで示すと図６のようになる。図６は、実施の形態１にかかる干渉チェック装置１が動作指令を修正する動作の一例を示すフローチャートである。

　まず、ロボットの手先位置姿勢を動作計画部５から干渉回避位置算出部３に入力し（ステップＳ２１）、干渉回避位置算出部３が、入力された手先位置姿勢での手先位置修正量を算出する（ステップＳ２２）。干渉回避位置算出部３は、算出した手先位置修正量を、入力された手先位置姿勢すなわちロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令とともに動作修正部４に出力する。

　次に、動作修正部４が、干渉回避位置算出部３で算出された手先位置修正量を確認し、手先位置修正量が０の場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、動作計画部５が動作指令をロボット制御装置２００の指令生成部６に出力する（ステップＳ２６）。すなわち、ステップＳ２６において、動作修正部４は、干渉回避位置算出部３から手先位置修正量とともに受け取った動作指令を、修正せずにそのまま動作計画部５に出力する。このとき、動作修正部４は、動作指令を修正していないことを動作計画部５に通知する。動作計画部５は、動作修正部４から受け取った動作指令を指令生成部６に出力する。

　この場合、ロボット制御装置２００の指令生成部６は、動作計画部５から入力された動作指令に基づいて、入力された各動作指令が指令する各地点を滑らかに結ぶ軌跡を指令する動作指令をロボットの制御周期ごとに生成する。

　一方、手先位置修正量が０ではない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、動作修正部４は、干渉回避位置算出部３で算出された手先位置修正量に基づいて、ロボットの手先位置を修正する（ステップＳ２４）。なお、動作修正部４によるロボットの手先位置の修正は、干渉回避位置算出部３から手先位置修正量とともに受け取った動作指令の修正を意味する。次に、動作修正部４で修正後の手先位置姿勢を干渉回避位置算出部３に入力する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５において、動作修正部４は修正後のロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令を動作計画部５に出力する。このとき、動作修正部４は、動作指令を修正したことを動作計画部５に通知する。動作計画部５は、動作修正部４から受け取った動作指令を干渉回避位置算出部３に出力する。

　干渉チェック装置１の干渉回避位置算出部３、動作修正部４および動作計画部５は、上記のステップＳ２１～Ｓ２６の処理を、干渉回避位置算出部３が算出する手先位置修正量が０となるまで繰り返す。

　以上説明したように、実施の形態１にかかる干渉チェック装置１は、ロボットの様々な手先位置姿勢と、ロボットが周辺環境と干渉しないようにするための手先位置の修正量とを干渉回避位置学習部２が予め学習しておき、ロボット制御装置２００に動作指令を出力する場合、干渉回避位置学習部２での学習結果を用いて、干渉回避位置算出部３が、干渉を発生しない手先位置姿勢を指令するように動作指令を修正するための手先位置修正量を算出する。干渉チェック装置１によれば、干渉の有無をチェックし、干渉のある場合の動作指令の修正に要する計算量を削減することができ、この結果、動作指令の修正に要する時間を短縮できる。

実施の形態２．
　図７は、実施の形態２にかかるロボットの干渉チェック装置の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる干渉チェック装置１ａは、干渉回避位置算出部３、動作計画部５、動作修正部４をロボット制御装置２００内部に備えることが実施の形態１にかかる干渉チェック装置１との違いとなる。また、全体の動作としては、干渉回避位置算出部３が繰り返し手先位置修正量を算出してロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令の修正を動作修正部４が行うのではなく、動作修正部４で最初に修正した動作指令を指令生成部６にそのまま出力することが異なっている。これら以外は実施の形態１と同一のため説明は省略する。なお、動作修正部４で最初に修正した動作指令は、実施の形態１と同様に動作計画部５を介して指令生成部６に出力される。

　実施の形態２にかかる干渉チェック装置１ａは、干渉を回避するための手先位置修正量の算出および動作指令の修正をロボット制御装置２００内部で行う構成であるため、動作計画を行う度に直ちに干渉回避を考慮した動作指令の修正を行い、ロボットを動作させることができる。

実施の形態３．
　つづいて、実施の形態３にかかる干渉チェック装置について説明する。実施の形態３にかかる干渉チェック装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。なお、以下の説明では、便宜上、実施の形態３にかかる干渉チェック装置を干渉チェック装置１ｂと記載する。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。

　実施の形態３にかかる干渉チェック装置１ｂは、実施の形態１とは干渉回避位置学習部２および干渉回避位置算出部３において、神経回路網２０の出力として、手先位置修正量ではなく、修正後の手先位置姿勢を用いることが異なる。

　図８は、実施の形態３にかかる干渉チェック装置１ｂが備える干渉回避位置学習部２ｂの構成例を示す図である。干渉回避位置学習部２ｂは、干渉チェック部７と、手先位置修正部８ｂと、環境情報記憶部９と、学習処理部１０ｂとを備える。干渉チェック部７および環境情報記憶部９は実施の形態１にかかる干渉回避位置学習部２の干渉チェック部７および環境情報記憶部９と同一であるため、説明を省略する。

　図８に示すように、手先位置修正部８ｂは、実施の形態１で説明した手先位置修正量ではなく、修正後の手先位置姿勢を出力する。学習処理部１０ｂでは、ロボットの手先位置姿勢と修正後の手先位置姿勢の組み合わせがそれぞれ入力と出力になるように、神経回路網２０が学習を実施する。

　実施の形態３にかかる干渉チェック装置１ｂは、干渉回避位置学習部２ｂでの学習結果を用いて、動作指令が指令する各地点での干渉を回避できる手先位置姿勢を干渉回避位置算出部３が算出するため、干渉のない手先位置姿勢を算出するための計算量を削減できる。

実施の形態４．
　つづいて、実施の形態４にかかる干渉チェック装置について説明する。実施の形態４にかかる干渉チェック装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。なお、以下の説明では、便宜上、実施の形態４にかかる干渉チェック装置を干渉チェック装置１ｃと記載する。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。

　実施の形態４にかかる干渉チェック装置１ｃは、実施の形態１とは干渉回避位置学習部２および干渉回避位置算出部３において、神経回路網２０の入力として、手先位置修正量ではなく、ロボットの各軸の関節位置を用いることが異なる。

　図９は、実施の形態４にかかる干渉チェック装置１ｃが備える干渉回避位置学習部２ｃの構成例を示す図である。干渉回避位置学習部２ｃは、干渉チェック部７ｃと、手先位置修正部８と、環境情報記憶部９と、学習処理部１０ｃとを備える。手先位置修正部８および環境情報記憶部９は実施の形態１にかかる干渉回避位置学習部２の手先位置修正部８および環境情報記憶部９と同一であるため、説明を省略する。

　干渉チェック部７ｃは、入力される動作指令が指令するロボットの関節位置と、環境情報記憶部９が保持している情報とに基づいて、ロボットと周辺環境とが干渉するかどうかをチェックする。干渉チェック部７ｃが干渉の有無をチェックする動作は、ロボットの手先位置姿勢の代わりにロボットの関節位置を使用する点を除いて、実施の形態１の干渉チェック部７の動作と同様である。

　図９に示す干渉回避位置学習部２ｃでは、手先位置修正部８が手先位置修正量を出力しているが、手先位置修正量を関節位置修正量に変換してから出力してもよい。干渉回避位置学習部２ｃにて関節位置修正量を学習した場合は、干渉回避位置算出部３においても関節位置修正量を出力する。

　実施の形態４にかかる干渉チェック装置１ｃは、干渉回避位置学習部２ｃおよび干渉回避位置算出部３の入力としてロボットの関節位置を用いるため、動作計画部５で各関節を同期させて動作させる指令を生成する場合に、干渉を回避できる指令の算出のための計算量を削減できる。

実施の形態５．
　つづいて、実施の形態５にかかる干渉チェック装置について説明する。実施の形態５にかかる干渉チェック装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。なお、以下の説明では、便宜上、実施の形態５にかかる干渉チェック装置を干渉チェック装置１ｄと記載する。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。

　実施の形態５にかかる干渉チェック装置１ｄは、実施の形態１とは、動作修正部４における動作指令の修正方法が異なる。以下の説明では、実施の形態５にかかる動作修正部４を動作修正部４ｄと記載する。

　実施の形態１にかかる干渉チェック装置１の動作修正部４では各周期での修正後の手先位置姿勢を滑らかにつなぐように動作指令を修正するが、実施の形態５にかかる干渉チェック装置１ｄの動作修正部４ｄでは、動作計画部５で生成する動作指令に、干渉回避位置算出部３で算出される手先位置修正量に基づいて決定する動作指令を合成することで、新たな動作指令を生成する。図１０は、実施の形態５にかかる干渉チェック装置１ｄの動作を説明するための図である。動作修正部４ｄは、干渉回避位置算出部３が出力する手先位置修正量に基づいて、動作計画部５が生成した動作指令に合成する動作指令である修正動作指令を算出し、図１０に示すように、算出した修正動作指令と、動作計画部５が生成した動作指令とを合成する。そして、動作修正部４ｄが合成した結果を再度干渉回避位置算出部３に入力し、干渉回避位置算出部３が算出する手先位置修正量に応じて動作修正部４ｄが修正動作指令を再度算出することを繰り返す。この一連の処理は干渉回避位置算出部３が算出する手先位置修正量が０となるまで繰り返す。

　動作計画部５は、干渉回避位置算出部３が算出する手先位置修正量が０になった後に動作修正部４ｄが算出する修正動作指令と、動作計画部５が当初に生成した動作指令とを指令生成部６に出力する。指令生成部６は、動作計画部５が当初に生成した動作指令と動作修正部４ｄが生成した修正動作指令を合成することで、ロボットの動作指令を生成する。

　実施の形態５にかかる干渉チェック装置１ｄは、干渉を考慮せずに生成した動作指令と、干渉を考慮して算出した修正動作指令とを合成することで、干渉を回避するための動作計画の計算量を削減しながら高速に動作を行える指令を生成できる。

実施の形態６．
　つづいて、実施の形態６にかかる干渉チェック装置について説明する。実施の形態６にかかる干渉チェック装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。なお、以下の説明では、便宜上、実施の形態６にかかる干渉チェック装置を干渉チェック装置１ｅと記載する。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。

　実施の形態１にかかる干渉チェック装置１は、あらかじめ定められた周期毎に干渉をチェックし、手先位置の修正を行っていた。これに対して、実施の形態６にかかる干渉チェック装置１ｅは、定められた周期毎に干渉チェックおよび手先位置修正量の算出を行うが、動作計画部５で動作指令を生成する際、いくつかの経由点を指定し、動作修正部４では上記経由点を変更することで干渉が発生しない動作指令を生成する。また、動作修正部４は、干渉回避位置算出部３で算出される手先位置修正量がすべて０になった後の経由点を、動作計画部５で生成された動作指令とともに、動作計画部５を介して指令生成部６に出力する。指令生成部６は、入力された動作指令および経由点に基づいて、ロボットの動作軌道が入力された各経由点を経由するようにロボットに対する指令を生成する。

　実施の形態６にかかる干渉チェック装置１ｅは、動作計画時に経由点を指定する場合に、干渉を回避した動作指令を生成するのに要する計算量を削減できる。

実施の形態７．
　つづいて、実施の形態７にかかる干渉チェック装置について説明する。実施の形態７にかかる干渉チェック装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。なお、以下の説明では、便宜上、実施の形態７にかかる干渉チェック装置を干渉チェック装置１ｆと記載する。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。

　実施の形態１にかかる干渉チェック装置１では、干渉回避位置学習部２および干渉回避位置算出部３で干渉を回避するための手先位置修正量を神経回路網２０の出力としていたが、本実施の形態にかかる干渉チェック装置１ｆでは、干渉の発生しない手先位置の上限値および下限値を出力とする。

　図１１は、実施の形態７にかかる干渉チェック装置１ｆが備える動作修正部４の動作を説明するための図である。干渉チェック装置１ｆの動作修正部４は、図１１に示すように、各周期における手先位置の上限および下限から干渉が発生しない手先位置の範囲（干渉しない範囲）を決定し、決定した手先位置の範囲に手先位置が常にとどまるように手先位置の軌道を決定することで、干渉を回避した動作指令修正値を算出する。動作修正部４が算出した動作指令修正値は、動作計画部５を介して指令生成部６に出力される。

　実施の形態７にかかる干渉チェック装置１ｆは、干渉が発生しないロボットの手先位置の範囲内で動作指令を最適化することが可能なため、干渉を回避しながら高速な動作を実現するロボットの動作指令を生成するのに要する時間を削減できる。

実施の形態８．
　つづいて、実施の形態８にかかる干渉チェック装置について説明する。実施の形態８にかかる干渉チェック装置の構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。なお、以下の説明では、便宜上、実施の形態８にかかる干渉チェック装置を干渉チェック装置１ｇと記載する。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。

　実施の形態１にかかる干渉チェック装置１では、干渉回避位置学習部２および干渉回避位置算出部３で使用する神経回路網２０がロボットの動作範囲によらず単一であった。これに対して、実施の形態８にかかる干渉チェック装置１ｇでは、ロボットの動作範囲を複数の領域に分割し、分割した領域ごとに干渉回避位置学習部２が学習を実施する。

　図１２は、実施の形態８にかかる干渉チェック装置１ｇが備える干渉回避位置算出部３ｇの構成例を示す図である。図１２に示すように、干渉回避位置算出部３ｇは、領域選択部１１および修正量決定部１２を備え、また、干渉回避位置学習部２から受け取った複数の学習済みの神経回路網２０を保持している。

　領域選択部１１は、干渉回避位置算出部３ｇに入力されたロボットの手先位置姿勢が複数の領域の中のどの領域に該当するかを判別し、判別した領域に対応する神経回路網２０を使用して手先位置修正量を算出する。修正量決定部１２は、神経回路網２０のそれぞれから出力される手先位置修正量に基づいて、干渉回避位置算出部３ｇから動作修正部４に出力する手先位置修正量を決定する。修正量決定部１２は、領域選択部１１で選択された領域に対応する神経回路網２０からの出力をそのまま出力してもよい。また、修正量決定部１２は、入力された手先位置姿勢が領域の境界近傍の場合は、入力された手先位置姿勢が属する領域に対応する神経回路網２０と、近傍の領域に対応する神経回路網２０とのそれぞれからの出力に対して演算を実施し、これら複数の神経回路網２０の出力の重み付き和を、動作修正部４に出力する手先位置修正量としてもよい。さらに、修正量決定部１２は、前回の周期の手先位置姿勢が属する領域と今回の周期の手先位置姿勢が属する領域とが異なる場合、前回の周期の手先位置姿勢が属する領域および今回の周期の手先位置姿勢が属する領域のそれぞれに対応する神経回路網２０からの出力に対して演算を実施し、これら２つの神経回路網２０の出力の重み付き和を、動作修正部４に出力する手先位置修正量としてもよい。

　干渉回避位置算出部３ｇの構成および動作について説明したが、干渉チェック装置１ｇの干渉回避位置学習部２が学習を行う際には、複数の領域のそれぞれに分け、複数の領域のそれぞれにおいて神経回路網２０の学習を行い、複数の領域のそれぞれに対応する神経回路網２０を生成する。すなわち、複数の領域の中のある領域を対象として学習を行う場合、干渉回避位置学習部２に入力するロボットの手先位置姿勢を学習対象の領域内で様々な値に変化させ、干渉回避位置学習部２が学習を進める。

　実施の形態８にかかる干渉チェック装置１ｇは、ロボットの手先位置姿勢を複数の領域に分割することで各神経回路網２０のサイズを小さくできるため、神経回路網２０の学習処理および推論処理で必要な計算量を削減できる。すなわち、干渉回避位置学習部および干渉回避位置算出部で必要な計算量を削減できる。

　なお、実施の形態１にかかる干渉チェック装置１においてロボットの動作範囲を複数の領域に分割して処理を行う構成について説明したが、実施の形態２～７にかかる干渉チェック装置についても同様に、ロボットの動作範囲を複数の領域に分割して処理を行うようにしてもよい。

実施の形態９．
　つづいて、実施の形態９にかかる干渉チェック装置について説明する。実施の形態９にかかる干渉チェック装置１ｈの使用例を図１３に示す。図１３は、実施の形態９にかかる干渉チェック装置１ｈを備える動作指令生成装置の構成例を示す図である。動作指令生成装置はコンピュータ１００で実現され、干渉チェック装置１ｈ、動作修正部４、動作計画部５、通過点候補算出部３１および通過点候補決定部３２を備える。干渉チェック装置１ｈは干渉回避位置学習部２および干渉回避位置算出部３から構成されている。これらの各部は実施の形態１にかかる干渉チェック装置１を構成する干渉回避位置学習部２および干渉回避位置算出部３と同一のため、説明は省略する。

　干渉チェック装置１ｈを備えたコンピュータ１００では、動作開始点から動作終了点までの動作計画を実施し、ロボットの指令を生成するため、ロボット本体はロボットに取り付けたハンド、ハンドが把持した対象物が周囲の環境と衝突しない通過点を定める。通過点を定める際、まず、通過点候補算出部３１で通過点の候補（以下、通過点候補と称する場合がある）を算出する。通過点候補算出部３１は、算出した通過点（通過点の候補）のロボットの手先位置姿勢を干渉チェック装置１ｈ内部の干渉回避位置算出部３に入力する。干渉回避位置算出部３では、入力されたロボットの手先位置姿勢の情報から手先位置修正量を算出する。算出した手先位置修正量は通過点候補決定部３２に送付される。通過点候補決定部３２には通過点候補算出部３１が算出した通過点候補のロボットの手先位置姿勢も入力される。通過点候補決定部３２は、通過点候補算出部３１から入力される通過点候補のロボットの手先位置姿勢と干渉回避位置算出部３から入力される手先位置修正量とに基づいて、通過点のロボットの手先位置姿勢を決定する。通過点候補決定部３２が決定した通過点のロボットの手先位置姿勢は、動作計画部５に出力される。通過点候補算出部３１および通過点候補決定部３２で算出、決定する通過点は、動作開始点から動作終了点までの間に１つ設けてもよいし、複数設けてもよい。

　動作計画部５は、動作開始点からスタートし、通過点候補決定部３２で決定される通過点を順番に通過しながら動作終了点に到達する動作指令を生成し、あらかじめ定められた周期毎の動作指令上のロボットの手先位置姿勢を干渉回避位置算出部３に入力する。以下、動作計画部５、動作修正部４および干渉回避位置算出部３は実施の形態１と同一の動作を実施する。これらの動作については説明を省略する。

　実施の形態９にかかる干渉チェック装置は、動作計画のもとになる通過点の導出に要する計算量を削減できる効果がある。

実施の形態１０．
　つづいて、実施の形態１０にかかる干渉チェック装置について説明する。実施の形態１０にかかる干渉チェック装置１ｉの使用例を図１４に示す。図１４は、実施の形態１０にかかる干渉チェック装置１ｉを備える動作指令生成装置の構成例を示す図である。動作指令生成装置はコンピュータ１００で実現され、干渉チェック装置１ｉ、動作初期経路設定部３３、通過可能領域決定部３４および最適動作探索部３５を備える。干渉チェック装置１ｉは干渉回避位置学習部２および干渉回避位置算出部３から構成されている。これらの各部は実施の形態７にかかる干渉チェック装置１ｆを構成する干渉回避位置学習部２および干渉回避位置算出部３と同一のため、説明は省略する。

　動作初期経路設定部３３は動作開始点と動作終了点とを結ぶ経路を複数生成する。動作初期経路設定部３３は、さらに、生成した経路のそれぞれをあらかじめ定めた分割数で分割し、分割した各地点のロボットの手先位置姿勢を干渉回避位置算出部３および通過可能領域決定部３４に出力する。干渉回避位置算出部３は、動作初期経路設定部３３から入力されるロボットの手先位置姿勢に関して干渉の発生しない手先位置の上限値および下限値を算出し、通過可能領域決定部３４に出力する。通過可能領域決定部３４は、動作初期経路設定部３３から入力されるロボットの手先位置姿勢と、干渉回避位置算出部３から入力される干渉の発生しない手先位置の上限値および下限値とに基づいて、干渉の発生しないロボットの手先位置姿勢の範囲を、通過可能領域として算出する。

　通過可能領域決定部３４が算出した通過可能領域は最適動作探索部３５に出力される。最適動作探索部３５は、動作開始点と動作終了点とを結ぶ動作指令のうち、干渉を回避しながら動作時間を短縮できる動作指令を探索する。最適動作探索部３５は、動作指令の探索を行う際、探索した動作指令の手先位置姿勢が、通過可能領域決定部３４から入力される通過可能領域に常時とどまる条件で探索を行う。最適動作探索部３５による探索で得られた動作指令はロボット制御装置２００の指令生成部６に出力される。

　実施の形態１０にかかる干渉チェック装置は、干渉を回避できる制約条件の下で動作時間を最短にする動作を探索する際、毎回の干渉チェック計算が不要になるため、動作探索に要する計算量を削減できる効果がある。

　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１，１ａ，１ｈ，１ｉ　干渉チェック装置、２，２ｂ，２ｃ　干渉回避位置学習部、３，３ｇ　干渉回避位置算出部、４　動作修正部、５　動作計画部、６　指令生成部、７，７ｃ　干渉チェック部、８，８ｂ　手先位置修正部、９　環境情報記憶部、１０，１０ｂ，１０ｃ　学習処理部、１１　領域選択部、１２　修正量決定部、２０　神経回路網、３１　通過点候補算出部、３２　通過点候補決定部、３３　動作初期経路設定部、３４　通過可能領域決定部、３５　最適動作探索部、１００　コンピュータ、２００　ロボット制御装置。

Claims

　ロボットの手先位置姿勢と、当該手先位置姿勢が指令された場合に前記ロボットと周辺環境との干渉を回避するために行う前記ロボットの手先位置の修正に関する情報との関係を学習する干渉回避位置学習部と、
　前記ロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令が入力されると、前記干渉回避位置学習部による学習結果に基づいて、前記ロボットと前記周辺環境との干渉を回避するために行う前記動作指令の修正に関する情報を算出する干渉回避位置算出部と、
　を備えることを特徴とする干渉チェック装置。
　前記干渉回避位置算出部が算出する前記情報を前記ロボットの手先位置の修正量とする、
　ことを特徴とする請求項１に記載の干渉チェック装置。
　前記ロボットの手先位置の修正量は、前記ロボットの手先位置の上下方向の修正量および水平方向の修正量のいずれか一方または双方を示す、
　ことを特徴とする請求項２に記載の干渉チェック装置。
　前記ロボットの手先位置の修正量は、前記ロボットの手首軸の変位を固定した状態での手先位置の上下方向の修正量および水平方向の修正量のいずれか一方または双方を示す、
　ことを特徴とする請求項２に記載の干渉チェック装置。
　前記ロボットの手先位置姿勢を前記ロボットの各関節の変位で表現する、
　ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の干渉チェック装置。
　前記干渉回避位置算出部が算出する前記情報を前記ロボットの修正後の手先位置姿勢の情報とする、
　ことを特徴とする請求項１に記載の干渉チェック装置。
　前記干渉回避位置学習部は、前記ロボットが前記周辺環境と干渉しないようにするための前記ロボットの手先位置の修正量の上限値および下限値を学習する、
　ことを特徴とする請求項２から５のいずれか一つに記載の干渉チェック装置。
　前記ロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令を生成して前記干渉回避位置算出部に出力する動作計画部と、
　前記干渉回避位置算出部が算出する前記情報に基づいて、前記動作計画部が生成する前記動作指令を修正する動作修正部と、
　を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の干渉チェック装置。
　前記ロボットの手先位置姿勢を指令する動作指令を生成して前記干渉回避位置算出部に出力する動作計画部と、
　前記干渉回避位置算出部が算出する前記修正量の上限値および下限値に基づいて、前記ロボットの手先位置が前記上限値と前記下限値との間となるように前記動作計画部が生成する前記動作指令を修正する動作修正部と、
　を備えることを特徴とする請求項７に記載の干渉チェック装置。
　前記動作計画部は、前記動作指令に加えて前記ロボットの手先位置の経由点を生成し、
　前記動作修正部は、前記干渉回避位置算出部が算出する前記情報に基づいて、前記動作指令の代わりに前記経由点を修正して前記ロボットと前記周辺環境との干渉を回避させる、
　ことを特徴とする請求項８に記載の干渉チェック装置。
　前記動作修正部は、前記干渉回避位置算出部が算出する前記情報に基づいて、前記動作指令に合成する修正動作指令を算出し、算出した修正動作指令と前記動作指令とを合成して前記ロボットの修正後の手先位置姿勢を指令する動作指令を生成する、
　ことを特徴とする請求項８に記載の干渉チェック装置。
　前記干渉回避位置学習部は、前記ロボットの動作領域を複数の領域に分割し、複数の前記領域のそれぞれにおいて前記学習を行い、
　前記干渉回避位置算出部は、前記干渉回避位置学習部による複数の前記領域のそれぞれにおける学習結果に基づいて、複数の前記領域ごとに前記動作指令の修正に関する前記情報を算出する、
　ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の干渉チェック装置。