WO2022230544A1 - ロボット設備設計装置、方法、及びプログラム - Google Patents

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WO2022230544A1
WO2022230544A1 PCT/JP2022/015154 JP2022015154W WO2022230544A1 WO 2022230544 A1 WO2022230544 A1 WO 2022230544A1 JP 2022015154 W JP2022015154 W JP 2022015154W WO 2022230544 A1 WO2022230544 A1 WO 2022230544A1
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WO
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robot
layout
information
placement
component
Prior art date
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PCT/JP2022/015154
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English (en)
French (fr)
Inventor
僚一 倉谷
岳史 小島
春香 藤井
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators

Definitions

  • the present disclosure relates to a robot facility design device, a robot facility design method, and a robot facility design program.
  • Patent Document 1 a layout setting device has been proposed that sets a layout for arranging a robot arm and peripheral devices in a robot work space containing the robot arm and peripheral devices.
  • the device described in Patent Literature 1 determines a teaching point through which a reference portion of the robot arm is passed, corresponding to a specific action of the robot arm accessing a peripheral device.
  • this device determines the initial layout of the robot arm and peripheral equipment, and by meta-heuristics calculation, moves each equipment from the initial layout to update the layout.
  • this apparatus sets the layout using an initial layout or an updated layout using an evaluation value relating to fitness for a specific operation, and determines the optimum layout.
  • Patent Document 1 calculates the layout by updating the layout through meta-heuristic calculations. Therefore, when the technique described in Patent Document 1 is used to calculate an arrangement that reflects the user's intention, each of a large number of arrangement patterns is evaluated to see how well the arrangement matches the user's intention. process will be taken. Therefore, there is a problem that the calculation time required to determine the optimum arrangement becomes long.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and aims to efficiently plan an arrangement that reflects the user's intention in designing equipment that includes robots as components.
  • a robot equipment design apparatus provides component information about each component included in equipment including a robot as a component, work information about work to be performed by the robot, and the configuration an acquisition unit that acquires constraint information about arrangement of elements, and one arrangement candidate that satisfies the constraint information as a candidate for arrangement of each of the constituent elements in the facility based on the constituent element information and the work information.
  • a placement planning unit that calculates one or more; and an evaluation unit that calculates a cost related to placement of each of the placement candidates and selects an optimum placement from the placement candidates based on the evaluation indicated by the cost. Configured.
  • the evaluation unit may calculate the cost based at least on the work information.
  • the evaluation unit may calculate a cost based on the operation distance or operation time of the robot when the work is performed in the work order indicated by the work information.
  • the evaluation unit further calculates the cost based on at least one of the distance between the components, the area or volume of the region in which the components are arranged, and the distance between the obstacle and the component. can be calculated.
  • the acquisition unit indicates, as the constraint information, a maximum range assumed as a range for arranging the component, and each of the components is arranged within the arrangement range set for each component. and the constraint that the constituent elements are non-interfering with each other.
  • the layout planning unit arranges each of the components included in k within the layout range for each of the layout ranges corresponding to the component groups for which the common layout range is the constraint information. can be calculated.
  • the arrangement planning unit arranges each component included in the component group within the arrangement range in a predetermined order of priority. Alignment may be calculated.
  • the layout planning unit may determine that the smaller the size of the layout range, the higher the priority.
  • the layout planning unit may determine that the priority is higher in the layout range with a lower degree of freedom of the area in which the component can be placed in the layout range.
  • the layout planning unit may determine that, when the layout ranges are in an inclusive relationship, the inner layout range has the higher priority.
  • the acquisition unit obtains, as the constraint information, a positional relationship between the components, an area in which the components cannot be arranged, a specified position for arranging the components, a clearance for the components, and a work point of the robot. At least one position of the robot relative to the corresponding component may be obtained.
  • the evaluation unit may calculate a cost based on reachability that indicates how easily the robot can reach the work point.
  • the acquisition unit obtains component element information about each component included in the facility including the robot as a component, work information about the work to be performed by the robot, and the component element information.
  • Constraint information on placement is acquired, and a placement planning unit selects one candidate for placement that satisfies the constraint information as a candidate for placement of each of the components in the facility based on the component information and the work information.
  • an evaluation unit calculates a cost for each of the placement candidates, and the optimum placement is selected from the placement candidates based on the evaluation indicated by the cost.
  • a robot facility design program includes a computer, component element information regarding each component included in a facility including a robot as a component, work information regarding a task to be performed by the robot, and arrangement of the component.
  • an acquisition unit that acquires constraint information relating to the A program for functioning as a layout planning unit and an evaluation unit that calculates a cost related to the placement of each of the placement candidates and selects the optimum placement from the placement candidates based on the evaluation indicated by the cost.
  • the robot facility design device, method, and program according to the present disclosure it is possible to efficiently plan layouts that reflect the user's intentions in designing facilities that include robots as components.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining calculation of arrangement candidates;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining placement costs based on work information; It is a figure for demonstrating an example of the geometric cost used for arrangement
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a case where arrangement ranges overlap;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the degree of freedom regarding the priority of the arrangement range;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an inclusion relationship of placement ranges regarding priority of placement ranges;
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of constraint violation that may occur when priority based on the inclusion relationship of arrangement ranges is not used;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a case where arrangement ranges overlap;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the degree of freedom regarding the priority of the arrangement range;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an inclusion relationship of placement ranges regarding priority of placement ranges;
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of constraint violation that may occur when priority based on the inclusion relationship of arrangement ranges is not used;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a case where arrangement ranges overlap;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the degree of freedom regarding the priority of the arrangement range;
  • FIG. 10
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of constraint violation that may occur when priority based on the inclusion relationship of arrangement ranges is not used; It is a flow chart which shows a flow of robot installation design processing in a 2nd embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a robot facility designing device according to a fourth embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining creation of a reachability map;
  • FIG. 14 is a flow chart showing the flow of robot facility design processing in the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of constraint violation that may occur when priority based on the inclusion relationship of arrangement ranges is not used; It is a flow chart which shows a flow of robot installation design processing in a 2nd embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a robot facility designing device according to a fourth embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining creation of a reachability map;
  • FIG. 14 is a flow chart showing the flow of robot
  • the robot facility design apparatus plans the arrangement of robots, which are components of the robot facility, workpieces to be worked on, and members including jigs for handling the workpieces.
  • the robot facility design apparatus plans the arrangement of robots, which are components of the robot facility, workpieces to be worked on, and members including jigs for handling the workpieces.
  • Left covers, Tabele, Front and right covers, and Finished works are examples of members.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the hardware configuration of a computer that functions as the robot facility design device 10 according to the first embodiment.
  • the robot equipment design device 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 12, a memory 14, a storage device 16, an input device 18, an output device 20, a storage medium reader 22, and a communication I/F (Interface ) 24.
  • Each component is communicatively connected to each other via a bus 26 .
  • the storage device 16 stores a robot facility design program for executing the robot facility design process, which will be described later.
  • the CPU 12 is a central processing unit that executes various programs and controls each configuration. That is, the CPU 12 reads a program from the storage device 16 and executes the program using the memory 14 as a work area. The CPU 12 performs control of the above components and various arithmetic processing according to programs stored in the storage device 16 .
  • the memory 14 is composed of RAM (Random Access Memory) and temporarily stores programs and data as a work area.
  • the storage device 16 is composed of ROM (Read Only Memory), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), etc., and stores various programs including an operating system and various data.
  • the input device 18 is a device for performing various inputs, such as a keyboard and mouse.
  • the output device 20 is, for example, a device for outputting various information, such as a display and a printer.
  • a touch panel display may be used as the output device 20 to function as the input device 18 .
  • the storage medium reading device 22 reads data stored in various storage media such as CD (Compact Disc)-ROM, DVD (Digital Versatile Disc)-ROM, Blu-ray Disc, USB (Universal Serial Bus) memory, etc. writes data to the
  • the communication I/F 24 is an interface for communicating with other devices, and uses standards such as Ethernet (registered trademark), FDDI, and Wi-Fi (registered trademark), for example.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the robot facility design device 10.
  • the robot facility design device 10 includes an acquisition unit 32, a layout planning unit 34, and an evaluation unit 36 as functional configurations.
  • Each functional configuration is realized by the CPU 12 reading out a robot facility design program stored in the storage device 16, developing it in the memory 14, and executing it.
  • the acquisition unit 32 acquires robot specification information about robots that are components of robot equipment, member information about members other than robots that are components of robot equipment, and work information about work to be performed by robots.
  • Robot specification information and member information are examples of "component information" of the present disclosure.
  • the robot specification information includes kinematics information that indicates the structure such as the connection relationship between links and the rotation axis of the link, dynamics information that is information for specifying the speed during link operation such as the weight of each link, and shape information for each link.
  • the member information includes shape information of jigs and works as members, and peripheral machines such as processing machines and inspection machines. Each piece of shape information may be three-dimensional data such as CAD (Computer-Aided Design) data.
  • the work information includes the type of work, the order of work, the parts used in the work and the positions at which the robot accesses those parts, the work to be used in the work, and which part of the work is to be gripped by which part of the robot hand. Information such as grip status is included.
  • the access of the robot to the member includes, for example, grasping (picking) of the work by the robot hand, releasing (releasing or placing) the work, attaching the work to a predetermined position, and the like.
  • the acquisition unit 32 acquires constraint information regarding the layout of the constituent elements specified by the user. That is, the constraint information is information that reflects the user's intention.
  • the constraint information includes at least a constraint that each component is placed within a placement range set for each component and a constraint that the components do not interfere with each other.
  • the placement range is the maximum range assumed as the range for arranging the component. As the arrangement range, for example, the user may arbitrarily set a range within the area in which the facility is designed without considering other restrictions. Therefore, each component has constraint information called an arrangement range.
  • FIG. 4 shows an example of the relationship between the facility design area and the layout range, and the layout range of each component. In the example of FIG.
  • a to E represent the constituent elements, and the rectangles A to E schematically represent the shape and size of each constituent element in plan view.
  • the arrangement range that is the constraint information for each of the components A and B is the arrangement range 1
  • the arrangement range that is the constraint information for each of the components C and D is the arrangement range 2
  • the arrangement range for the component E It indicates that the arrangement range serving as constraint information is the arrangement range 3 .
  • Constraint information includes at least one of the following: positional relationship between constituent elements, non-arrangeable regions for constituent elements, designated positions for arranging constituent elements, clearances for constituent elements, and positions of the robot with respect to members corresponding to work points of the robot. may include
  • Constraint information on the positional relationship between the components is based on the positional relationships such as placing the components A and B next to each other and placing the components C and D apart from each other by 1 m or more.
  • Constraint information specified in the coordinate system Constraint information on the area where components cannot be arranged is, for example, as indicated by P in FIG.
  • Constraint information on the specified position for arranging the constituent elements indicates that, for example, as shown in Q in FIG. is the constraint information that specifies the arrangement of the components for which is determined by the position of the world coordinate system.
  • Constraint information on clearances for constituent elements is, for example, as indicated by R in FIG. This is the constraint information specified by the position of the local coordinate system of .
  • the clearance set for a certain component and the clearance set for another component can overlap. By using such a clearance as constraint information, it is possible to calculate an arrangement in which extra space is reduced while securing work space.
  • the position of the robot with respect to the member corresponding to the work point of the robot is, for example, constraint information for limiting the placement of the robot according to the position where the robot accesses the member to be worked.
  • constraint information designates that the robot should be placed on the side of the member in the local coordinate system of the member.
  • the robot specification information, member information, work information, and constraint information are input to the robot equipment design device 10 via the input device 18, the storage medium reader 22, or the communication I/F 24.
  • the acquisition unit 32 transfers the acquired robot specification information, member information, work information, and constraint information to the layout planning unit 34 .
  • the layout planning unit 34 calculates one or more layout candidates that satisfy the constraint information as layout candidates for each component in the facility based on the robot specification information, member information, and work information. Specifically, the layout planning unit 34 arranges each component contained in the component group within the layout range for each layout range corresponding to the component group whose common layout range is the constraint information. Calculate For example, in the case of FIG. 4, the layout planning unit 34 extracts the components A and B having the layout range 1 as common constraint information as one group. Similarly, the layout planning unit 34 extracts the components C and D having the layout range 2 as common constraint information as one group, and extracts the component E having the layout range 3 as the constraint information as one group. .
  • the layout planning unit 34 arranges the components included in each group in the layout range corresponding to each group so as to satisfy all the constraint information including the constraint that the components do not interfere with each other. Then, the arrangement pattern is calculated.
  • a plurality of arrangement patterns may exist for one arrangement range.
  • the layout planning unit 34 calculates layout candidates by combining layout patterns calculated for each layout range.
  • the information of each layout candidate is the position coordinates of each component in the area where the facility is designed.
  • the layout planning unit 34 passes information on the calculated layout candidates to the evaluation unit 36 .
  • the evaluation unit 36 calculates the cost (hereinafter referred to as "placement cost") for each placement of the placement candidates calculated by the placement planning unit 34.
  • the evaluation unit 36 calculates the cost based on at least the work information as the placement cost. For example, as shown in the upper diagram of FIG. 7, an arrangement that considers the work order, for example, an arrangement in which members related to the work of the robot are arranged in work order, often shortens the total operating time of the robot. On the other hand, as shown in the lower diagram of FIG. 7, in the case of an arrangement that does not consider the work order, for example, an arrangement that simply minimizes the distance between members related to the work of the robot, the operation becomes redundant and the operation time is reduced. may be extended. In FIG.
  • each circle represents a working point of the robot, and an arrow represents the motion direction and motion distance of the robot.
  • the evaluation unit 36 may calculate the placement cost based on the sum of the movement distances of the robots when the work is performed in the order indicated by the work information. For example, the evaluation unit 36 may calculate the distance between work points in the work order of the robot, that is, the total sum of the distances between members, as the placement cost.
  • the evaluation unit 36 may calculate the placement cost by reflecting at least one cost using geometric information about the component (hereinafter referred to as "geometric cost") in addition to the cost based on the work information.
  • the geometric information about the constituent elements includes the distance between constituent elements, the area or volume of the area where the constituent elements are arranged, the distance between the obstacle and the constituent elements, and the like. For example, as shown in FIG. 8 and the following formula (1), a value that increases as the sum of inter - component distances L 1 , L 2 , L 3 , .
  • the geometric cost may be c.
  • FIG. 8 only some of the distances between the constituent elements are shown because it would be complicated to show all the distances between the constituent elements.
  • the geometric cost c may be a value that increases as the area S of the circumscribed shape of the installation portion of the component on the floor surface increases.
  • c S (2)
  • the geometric cost c may be the volume V obtained by multiplying the area S by the height of the component.
  • the cost may be c.
  • the evaluation unit 36 may calculate the arrangement cost by multi-objectively optimizing at least one of the above geometric costs c and the cost based on the work information. For the cost based on the work information described above and the placement cost using the geometric cost c in the above formulas (1) to (3), the smaller the value, the higher the placement evaluation.
  • the evaluation unit 36 may calculate the cost based on the operability of the robot as the placement cost.
  • Manipulability is an index that indicates the easiness of movement from a given posture when the robot assumes that posture. Manipulability depends on the geometry (kinematics) of the robot. Manipulability is illustrated schematically in FIG. In the example of FIG. 11, a point with a lighter color (density) represents a spatial position where a posture with higher operability can be taken.
  • the operability w is calculated by the following equation (4).
  • the bold q in the formula is the posture of the robot, that is, the vector of the values (rotation angles) of each joint.
  • the bold letter r in the formula is the position and orientation (x, y, z, roll, pitch, yaw) of the predetermined part of the hand of the robot.
  • J(q) in bold in the formula is the Jacobian of the posture q of the robot.
  • the manipulability-based cost may be, for example, the sum of the manipulability w values of the positions where the components are arranged.
  • the evaluation unit 36 identifies information for calculating a cost based on operability from the robot specification information, member information, and work information. Therefore, the cost based on operability can also be said to be the cost based on work information.
  • the evaluation unit 36 may combine the cost based on the operability with the sum of the distances between members in the work order described above and the geometric cost to calculate the arrangement cost.
  • the evaluation unit 36 selects the optimum arrangement from the arrangement candidates based on the evaluation indicated by the arrangement cost. Specifically, the evaluation unit 36 selects the layout candidate with the highest evaluation indicated by the layout cost as the optimum layout, and the layout information about the selected layout, that is, the position of each component in the facility design area. Output coordinate information.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the flow of robot facility design processing executed by the CPU 12 of the robot facility design apparatus 10.
  • the CPU 12 reads out the robot equipment design program from the storage device 16, expands it in the memory 14, and executes it, whereby the CPU 12 functions as each functional configuration of the robot equipment design device 10, and the robot equipment design process shown in FIG. 12 is executed. be done.
  • the robot facility design process is an example of the robot facility design method of the present disclosure.
  • the acquisition unit 32 acquires the robot specification information, member information, work information, and constraint information, and transfers them to the layout planning unit 34.
  • the layout planning unit 34 extracts components having a common layout range as constraint information as a group.
  • step S14 the layout planning unit 34 selects a layout range corresponding to one group from the groups extracted in step S12.
  • step S16 the layout planning unit 34 calculates a layout pattern in which the components included in the group corresponding to the selected layout range are laid out in the layout range corresponding to the group so as to satisfy the constraint information. .
  • step S18 the layout planning unit 34 determines whether or not all layout ranges corresponding to the groups extracted in step S12 have been selected. If there is an unselected layout range, the process returns to step S14, and if all layout ranges have been selected, the process proceeds to step S20.
  • step S ⁇ b>20 the layout planning unit 34 combines the layout patterns calculated for each layout range, calculates layout candidates, and passes information on the calculated layout candidates to the evaluation unit 36 . Then, the evaluation unit 36 calculates a placement cost using at least the cost based on the work information for each placement candidate.
  • step S22 the evaluation unit 36 selects the layout candidate with the highest evaluation indicated by the layout cost as the optimum layout, outputs layout information about the selected layout, and ends the robot facility design process.
  • the robot facility design apparatus provides component element information (robot specification information and member information) regarding each component (robot and member other than the robot) included in a facility including a robot as a component. ).
  • the robot facility design device acquires work information regarding the work to be performed by the robot and constraint information regarding the layout of the components. Then, based on the component element information and the work information, the robot facility design device calculates one or more placement candidates that satisfy the constraint information as placement candidates for each component in the facility. Furthermore, the robot facility design device calculates the placement cost for each placement of the placement candidates, and selects the optimum placement from the placement candidates based on the evaluation indicated by the placement cost.
  • the robot facility design device calculates a layout candidate that satisfies the constraints reflecting the user's intention, and then evaluates each layout candidate based on the layout cost of each layout candidate. This makes it possible to efficiently calculate an arrangement that reflects the user's intention in designing a facility that includes a robot as a component. In addition, by selecting the optimum arrangement according to the arrangement cost using the cost based on the work information, it is possible to calculate the arrangement so that the work by the robot can be efficiently performed.
  • the robot facility design device indicates, as the constraint information, the maximum range assumed as the range for arranging the constituent elements, and the constraint that each constituent element is arranged within the arrangement range set for each constituent element. , and the constraint that the components are non-interfering. Then, the robot facility design device calculates the arrangement of each component included in the component group within the arrangement range for each arrangement range corresponding to the component group whose common arrangement range is the constraint information. . As a result, it is possible to efficiently calculate an arrangement that reflects the user's intention and improves the success rate of route planning for the robot.
  • the robot facility design device provides, as constraint information, positional relationships between constituent elements, non-arrangeable regions of constituent elements, specified positions for arranging constituent elements, clearances for constituent elements, and Obtain at least one of the robot's positions.
  • the user's intention can be reflected in detail and flexibly in the calculation of the layout.
  • the robot facility design device 210 includes an acquisition unit 32, a placement planning unit 234, and an evaluation unit 36 as functional configurations.
  • Each functional configuration is realized by the CPU 12 reading out a robot facility design program stored in the storage device 16, developing it in the memory 14, and executing it.
  • the arrangement range set for each component may be set so as to partially overlap, such as arrangement range 1 and arrangement range 2 shown in FIG. , may be set to be inclusive.
  • the layout plan unit 234 calculates a layout pattern in order of predetermined priority when layout ranges corresponding to a group of constituent elements whose common layout range is constraint information overlap as shown in FIG. Determine the range. Specifically, when the layout plan unit 234 calculates a layout pattern for a layout range that includes an area that overlaps the layout range for which the layout pattern is determined first in order of priority, A layout pattern is calculated so as not to interfere with the constituent elements.
  • the layout planning unit 234 may determine that the smaller the size of the layout range, the higher the priority. As the size of the placement range becomes smaller, it becomes more difficult to place components in the placement range so as to satisfy the constraint information. Therefore, by determining the layout pattern first from the layout range with the smallest size, it becomes easier to calculate the layout that satisfies the constraint information for the entire facility design area.
  • the layout planning unit 234 may determine that a layout range with a smaller degree of freedom of the area in which components can be placed in the layout range has a higher priority.
  • the non-arrangement area is, for example, an area of fixed facilities installed within the arrangement range. For example, as shown in FIG. 14, it is assumed that arrangement range 1 is set as the constraint information for the component A, and arrangement range 2 is set as the constraint information for the component B.
  • FIG. 14 it is assumed that arrangement range 1 is set as the constraint information for the component A, and arrangement range 2 is set as the constraint information for the component B.
  • the arrangement range 1 and the arrangement range 2 have the same area
  • the component A and the component B have the same area
  • the fixed equipment is installed in the arrangement range 1 .
  • the degree of freedom of the placement range 1 is smaller than that of the placement range 2, so the priority of the placement range 1 is higher than that of the placement range 2.
  • FIG. Considering the size of fixed equipment and components if the area of the placement range excluding the non-placeable area is small, a placement pattern that satisfies the constraint information will be determined in the same way as when the size of the placement range is small above. difficult to calculate. Therefore, by determining the layout pattern first from the layout range with a small degree of freedom, it becomes easier to calculate the layout that satisfies the constraint information for the entire area in which the equipment is designed.
  • the layout planning unit 234 may determine that, in the case of layout ranges having an inclusion relationship, the inner layout range has a higher priority.
  • arrangement range 2 is set as constraint information for components A, B, and C
  • arrangement range 1 is set as constraint information for components D and E
  • arrangement range 2 is included in the arrangement range 1.
  • the layout pattern is calculated first from layout range 1, which is the outer layout range.
  • layout pattern for layout range 2 there is a possibility of interference with components in the previously calculated layout pattern for layout range 1, as indicated by the dashed line in FIG. As indicated by the dashed line, there is an increased possibility that the component will not fit within the placement range 2 .
  • the placement planning unit 234 may set the priority for each placement range based on any of the size, the degree of freedom, and the inclusion relationship of the placement range described above, or may set the overall priority by combining these. May be set.
  • FIG. 18 is a flow chart showing the flow of robot facility design processing executed by the CPU 12 of the robot facility design device 210 .
  • the CPU 12 reads out the robot equipment design program from the storage device 16, expands it in the memory 14, and executes it, whereby the CPU 12 functions as each functional configuration of the robot equipment design device 210, and the robot equipment design process shown in FIG. 18 is executed. be done.
  • the same step numbers are assigned to the same processes as the robot equipment design process (FIG. 12) in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • step S210 the layout planning unit 234 determines the size of each layout range corresponding to each group extracted in step S12, based on the size of the layout range, the degree of freedom, the inclusive relationship, or a combination thereof. Set priority.
  • step S214 the layout planning unit 234 selects a layout range corresponding to one group from the groups extracted in step S12 in the order of priority set in step S210.
  • step S216 the layout planning unit 234 calculates a layout pattern in which the components included in the group corresponding to the selected layout range are laid out in the layout range corresponding to the group so as to satisfy the constraint information. .
  • the layout of the constituent elements in the selected arrangement range is corrected. , to calculate an arrangement pattern that satisfies the constraint that the constituent elements do not interfere with each other.
  • step S18 the layout planning unit 234 determines whether or not all layout ranges corresponding to the groups extracted in step S12 have been selected. If there is an unselected layout range, the process returns to step S214, and if all layout ranges have been selected, the process proceeds to step S20.
  • steps S20 and S22 are executed in the same manner as the robot equipment design process in the first embodiment, and the robot equipment design process ends.
  • the robot facility design device sets the priority for each placement range based on the size, degree of freedom, inclusion relationship, or a combination thereof of the placement range. Then, the robot facility design device calculates a placement pattern for each placement range in order of priority. As a result, even if the arrangement ranges set as constraint information for each component overlap, it is possible to efficiently calculate the arrangement that reflects the user's intention in designing equipment that includes a robot as a component.
  • a third embodiment will be described.
  • the same components as those of the robot equipment designing apparatus 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the functional configuration in which the last two digits of the code are common between the first embodiment and the third embodiment detailed description of the common functions will be omitted.
  • the hardware configuration of the robot facility designing apparatus according to the third embodiment is the same as the hardware configuration of the robot facility designing apparatus 10 according to the first embodiment shown in FIG. 2, and thus description thereof will be omitted.
  • the robot facility design device 310 includes an acquisition unit 32, a layout planning unit 34, and an evaluation unit 336 as functional configurations.
  • Each functional configuration is realized by the CPU 12 reading out a robot facility design program stored in the storage device 16, developing it in the memory 14, and executing it.
  • the evaluation unit 336 calculates the placement cost for each placement candidate based on the operation time of the robot when the work is performed in the order indicated by the work information. Specifically, the evaluation unit 336 identifies a work point for each placement candidate based on the work information, and multiplies the length of the path along which the identified work points are traced in work order by the preset motion speed of the robot. The value may be calculated as a deployment cost based on simple operating time. In addition, the evaluation unit 336 calculates the posture of the robot for each work point based on the robot specification information and the work information. The sum of the operation times of the robot up to the posture may be calculated as the placement cost.
  • the evaluation unit 336 sets the velocity and acceleration for changing the posture of the robot based on the dynamics information and the like included in the robot specification information, and simulates the motion of the robot to calculate the motion times t i and i+1 . good. Then, the evaluation unit 336 selects the placement candidate with the shortest operating time as the optimum placement according to the placement cost based on the operating time.
  • the action of the robot facility design apparatus 310 according to the third embodiment is that, in step S20 of the robot facility design process (FIG. 12) in the first embodiment, the placement cost based on the operation time is calculated as the placement cost. Description is omitted because it is only different from the embodiment.
  • the robot facility design device calculates the cost based on the operation time of the robot in each layout candidate as the layout cost for selecting the optimum layout from the layout candidates. Then, the robot facility design device selects the layout candidate with the shortest operation time as the optimum layout. As a result, it is possible to select the arrangement that minimizes the operation time of the robot as the optimum arrangement.
  • the calculation may be performed in order of priority of the arrangement range.
  • a fourth embodiment will be described.
  • the same components as those of the robot equipment designing apparatus 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the functional configuration in which the last two digits of the code are common between the first embodiment and the fourth embodiment detailed description of the common functions will be omitted.
  • the hardware configuration of the robot facility designing apparatus according to the fourth embodiment is the same as the hardware configuration of the robot facility designing apparatus 10 according to the first embodiment shown in FIG. 2, so description thereof will be omitted.
  • the robot facility design device 410 includes an acquisition unit 32, a creation unit 438, a layout planning unit 34, and an evaluation unit 436 as functional configurations.
  • Each functional configuration is realized by the CPU 12 reading out a robot facility design program stored in the storage device 16, developing it in the memory 14, and executing it.
  • the creating unit 438 creates a reachability map that indicates reachability at each point in the space including the robot. Reachability is an index that indicates how easily a corresponding point can be reached by a robot. Specifically, the creating unit 438 divides the space including the robot into a plurality of voxels by discretizing the space including the robot at regular intervals in each of the three-dimensional directions. As shown in FIG. 20, the generating unit 438 sets a sphere 42 in each discretized voxel 40 and generates robot hand coordinate system candidates 44 on the surface of the sphere 42 at regular intervals. In the example of FIG. 20 , the coordinate system candidate 44 is represented by an arrow in the z-axis direction of the local coordinate system of the robot hand 46 .
  • the creation unit 438 receives robot specification information from the acquisition unit 32 . Then, based on the robot specification information, the creating unit 438 determines whether or not there is a solution for the robot posture that matches the coordinate system candidate 44 and the robot hand 46 for each of the coordinate system candidates 44, and determines the coordinate system with the solution. Count 44 candidates. In the robot posture here, the robot base (base portion) may not be moved or rotated.
  • the creation unit 438 creates a reachability map by calculating reachability for all voxels 40 in the space as described above.
  • the reachability map can be represented conceptually similarly to the manipulability shown in FIG. In the example of FIG. 11, each point corresponds to the reachability value calculated for each voxel 40, and the lighter the color (density), the higher the reachability. It means that The creation unit 438 passes the created reachability map to the evaluation unit 4336 .
  • the evaluation unit 436 calculates the placement cost for each of the placement candidates calculated by the placement planning unit 34 based on the reachability map. Specifically, the evaluation unit 436 matches the position and orientation of the robot in the reachability map to the position and orientation of the robot in the placement candidates. Then, the evaluation unit 436 acquires the reachability of the voxel 40 closest to each work point as seen from the robot, and calculates the sum of the reachability for all work points as the placement cost. In the case of the reachability calculated as described above, the higher the placement cost, the higher the placement evaluation.
  • FIG. 21 is a flow chart showing the flow of robot facility design processing executed by the CPU 12 of the robot facility design device 410 .
  • the CPU 12 reads out the robot facility design program from the storage device 16, expands it in the memory 14, and executes it, whereby the CPU 12 functions as each functional configuration of the robot facility design device 410, and the robot facility design process shown in FIG. 21 is executed. be done.
  • the same step numbers are assigned to the same processes as the robot equipment design process (FIG. 12) in the first embodiment, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • step S410 the creating unit 438 discretizes the space including the robot and divides it into a plurality of voxels 40, sets a sphere 42 within the voxel 40 for each discretized voxel 40, and coordinate system candidates 44 are generated at regular intervals. Then, based on the robot specification information, the creation unit 438 can perform the following for each voxel 40 based on the presence or absence of a solution that provides a robot posture that matches the coordinate system candidate 44 and the robot hand 46 for each of the coordinate system candidates 44 . A reachability map is created by calculating the reachability.
  • step S420 the evaluation unit 436 aligns the position and orientation of the robot in the reachability map with the position and orientation of the robot in the placement candidate for each placement candidate. Then, the evaluation unit 436 acquires the reachability of the voxel 40 that is closest to each work point as viewed from the robot, and calculates the sum of the reachability for all work points as the placement cost.
  • step S22 is executed, and the robot equipment design process ends.
  • the robot equipment design device selects the optimum layout from the layout candidates by setting the layout cost based on the reachability that indicates how easily the robot can reach. As a result, an arrangement that allows the robot to assume a reasonable posture can be selected as the optimum arrangement.
  • the calculation may be performed in order of priority of the arrangement range.
  • the arrangement cost may be calculated by combining the arrangement cost described in the first to third embodiments and the arrangement cost based on reachability.
  • the number of robots included in the robot equipment may be one or may be multiple.
  • a plurality of robots it is possible to construct a robot facility capable of handling more complicated work.
  • the disclosed technology is also applicable to off-line teaching tools for robots, simulation tools such as CPS (Cyber-Physical System), CAD, and the like.
  • various processors other than the CPU may execute the robot facility design processing executed by the CPU reading the software (program) in each of the above embodiments.
  • the processor is a PLD (Programmable Logic Device) whose circuit configuration can be changed after manufacturing, such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array), and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) to execute specific processing.
  • a dedicated electric circuit or the like which is a processor having a specially designed circuit configuration, is exemplified.
  • the robotic equipment design process may be executed by one of these various processors, or by a combination of two or more processors of the same or different type (e.g., multiple FPGAs, and a combination of CPU and FPGA). combination, etc.). More specifically, the hardware structure of these various processors is an electric circuit in which circuit elements such as semiconductor elements are combined.
  • the robot equipment design program has been pre-stored (installed) in the storage device, but the present invention is not limited to this.
  • the program may be provided in a form stored in a storage medium such as a CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray disc, USB memory, or the like. Also, the program may be downloaded from an external device via a network.

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Abstract

取得部（３２）が、ロボットを構成要素として含む設備に含まれる各構成要素に関する構成要素情報と、ロボットに行わせる作業に関する作業情報と、構成要素の配置に関する制約情報とを取得し、配置計画部（３４）が、構成要素情報及び作業情報に基づいて、設備における構成要素の各々の配置候補として、制約情報を満たす配置候補を１つ以上算出し、評価部（３６）が、配置候補の各々の配置に関する配置コストを算出し、配置コストが示す評価に基づいて、配置候補から最適な配置を選択する。

Description

ロボット設備設計装置、方法、及びプログラム
　本開示は、ロボット設備設計装置、ロボット設備設計方法、及びロボット設備設計プログラムに関する。
　従来、ロボット及びロボット以外の部材を構成要素に含む設備の設計を支援する技術が提案されている。例えば、ロボットアーム及び周辺機器を含むロボット作業空間に、ロボットアーム及び周辺機器を配置するレイアウトを設定するレイアウト設定装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載の装置は、ロボットアームが周辺機器にアクセスする特定動作に対応し、ロボットアームの基準部位を通過させる教示点を決定する。また、この装置は、ロボットアーム及び周辺機器の初期レイアウトを決定し、メタヒューリスティクス演算により、初期レイアウトから、各機器を移動させてレイアウトを更新する。また、この装置は、初期レイアウト又は更新されたレイアウトで、特定動作に対する適応度に関する評価値を用いて当該のレイアウトを設定し、最適なレイアウトを決定する。
特開２０１８－２０４１０号公報
　ロボット及びロボット以外の部材を構成要素に含む設備の設計において、ロボット及び部材の配置を、ユーザの意図を含んだ形に最適化することが望ましい。
　上記特許文献１に記載の技術は、メタヒューリスティクス演算によりレイアウトを更新して配置を算出している。そのため、特許文献１に記載の技術を利用して、ユーザの意図を反映した配置を算出する場合、膨大に存在する配置のパターンの各々について、配置がどれだけユーザの意図に沿っているか評価するというプロセスを取ることになる。そのため、最適な配置を決定するまでの計算時間が長くなる、という問題がある。
　本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ロボットを構成要素に含む設備の設計において、ユーザの意図を反映した配置を効率良く計画することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示に係るロボット設備設計装置は、ロボットを構成要素として含む設備に含まれる各構成要素に関する構成要素情報と、前記ロボットに行わせる作業に関する作業情報と、前記構成要素の配置に関する制約情報とを取得する取得部と、前記構成要素情報及び前記作業情報に基づいて、前記設備における前記構成要素の各々の配置の候補として、前記制約情報を満たす配置の候補を１つ以上算出する配置計画部と、前記配置の候補の各々の配置に関するコストを算出し、前記コストが示す評価に基づいて、前記配置の候補から最適な配置を選択する評価部と、を含んで構成される。
　また、前記評価部は、少なくとも前記作業情報に基づいて、前記コストを算出してもよい。
　また、前記評価部は、前記作業情報が示す作業順に作業を行った場合の前記ロボットの動作距離又は動作時間に基づくコストを算出してもよい。
　また、前記評価部は、さらに、前記構成要素間の距離、前記構成要素が配置された領域の面積又は体積、及び障害物と前記構成要素との距離の少なくとも１つに基づいて、前記コストを算出してもよい。
　また、前記取得部は、前記制約情報として、前記構成要素を配置する範囲として想定される最大の範囲を示し、前記構成要素毎に設定された配置範囲内に前記構成要素の各々が配置されるという制約と、前記構成要素同士が非干渉であるという制約とを取得してもよい。
　また、前記配置計画部は、共通する前記配置範囲が制約情報となっている構成要素群に対応する前記配置範囲毎に、前記配置範囲内でのｋに含まれる前記構成要素の各々の配置を算出してもよい。
　また、前記配置計画部は、前記構成要素群に対応する前記配置範囲同士が重複する場合、予め定めた優先度順に、前記配置範囲内での前記構成要素群に含まれる前記構成要素の各々の配置を算出してもよい。
　また、前記配置計画部は、サイズが小さい前記配置範囲ほど前記優先度が高いと判定してもよい。
　また、前記配置計画部は、前記配置範囲における前記構成要素を配置可能な領域の自由度が低い前記配置範囲ほど前記優先度が高いと判定してもよい。
　また、前記配置計画部は、包含関係にある前記配置範囲同士の場合、内側の前記配置範囲ほど前記優先度が高いと判定してもよい。
　また、前記取得部は、前記制約情報として、前記構成要素間の位置関係、前記構成要素の配置不可能領域、前記構成要素を配置する指定位置、前記構成要素に対するクリアランス、前記ロボットの作業点に対応する前記構成要素に対する前記ロボットの位置の少なくとも１つを取得してもよい。
　また、前記評価部は、作業点に対する前記ロボットの手先の届き易さを示す可到達性に基づくコストを算出してもよい。
　また、本開示に係るロボット設備設計方法は、取得部が、ロボットを構成要素として含む設備に含まれる各構成要素に関する構成要素情報と、前記ロボットに行わせる作業に関する作業情報と、前記構成要素の配置に関する制約情報とを取得し、配置計画部が、前記構成要素情報及び前記作業情報に基づいて、前記設備における前記構成要素の各々の配置の候補として、前記制約情報を満たす配置の候補を１つ以上算出し、評価部が、前記配置の候補の各々の配置に関するコストを算出し、前記コストが示す評価に基づいて、前記配置の候補から最適な配置を選択する方法である。
　また、本開示に係るロボット設備設計プログラムは、コンピュータを、ロボットを構成要素として含む設備に含まれる各構成要素に関する構成要素情報と、前記ロボットに行わせる作業に関する作業情報と、前記構成要素の配置に関する制約情報とを取得する取得部、前記構成要素情報及び前記作業情報に基づいて、前記設備における前記構成要素の各々の配置の候補として、前記制約情報を満たす配置の候補を１つ以上算出する配置計画部、及び、前記配置の候補の各々の配置に関するコストを算出し、前記コストが示す評価に基づいて、前記配置の候補から最適な配置を選択する評価部として機能させるためのプログラムである。
　本開示に係るロボット設備設計装置、方法、及びプログラムによれば、ロボットを構成要素に含む設備の設計において、ユーザの意図を反映した配置を効率良く計画することができる。
配置計画を説明するための図である。 ロボット設備設計装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 第１～第３実施形態に係るロボット設備設計装置の機能構成の例を示すブロック図である。 構成要素毎の配置範囲を説明するための図である。 制約情報の一例を説明するための図である。 配置候補の算出を説明するための図である。 作業情報に基づく配置コストを説明するための図である。 配置コストに用いる幾何コストの一例を説明するための図である。 配置コストに用いる幾何コストの一例を説明するための図である。 配置コストに用いる幾何コストの一例を説明するための図である。 配置コストに用いる可操作性の一例を説明するための図である。 第１実施形態におけるロボット設備設計処理の流れを示すフローチャートである。 配置範囲に重複がある場合を説明するための図である。 配置範囲の優先度に関する自由度を説明するための図である。 配置範囲の優先度に関する配置範囲の包含関係を説明するための図である。 配置範囲の包含関係に基づく優先度を用いない場合に生じる可能性のある制約違反の一例を説明するための図である。 配置範囲の包含関係に基づく優先度を用いない場合に生じる可能性のある制約違反の一例を説明するための図である。 第２実施形態におけるロボット設備設計処理の流れを示すフローチャートである。 第４実施形態に係るロボット設備設計装置の機能構成の例を示すブロック図である。 可到達性マップの作成を説明するための図である。 第４実施形態におけるロボット設備設計処理の流れを示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法及び比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
＜第１実施形態＞
　第１実施形態に係るロボット設備設計装置は、図１に示すように、ロボット設備の構成要素であるロボット、並びに作業対象のワーク及びワークを扱うためのジグを含む部材の配置を計画する。図１の例では、Ｌｅｆｔ　ｃｏｖｅｒｓ、Ｔａｂｅｌｅ、Ｆｒｏｎｔ　ａｎｄ　ｒｉｇｈｔ　ｃｏｖｅｒｓ、及びＦｉｎｉｓｈｅｄ　ｗｏｒｋｓが部材の一例である。
　図２は、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０として機能するコンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示すように、ロボット設備設計装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２、メモリ１４、記憶装置１６、入力装置１８、出力装置２０、記憶媒体読取装置２２、及び通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２４を有する。各構成は、バス２６を介して相互に通信可能に接続されている。
　記憶装置１６には、後述するロボット設備設計処理を実行するためのロボット設備設計プログラムが格納されている。ＣＰＵ１２は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各構成を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１２は、記憶装置１６からプログラムを読み出し、メモリ１４を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１２は、記憶装置１６に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。
　メモリ１４は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）により構成され、作業領域として一時的にプログラム及びデータを記憶する。記憶装置１６は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
　入力装置１８は、例えば、キーボードやマウス等の、各種の入力を行うための装置である。出力装置２０は、例えば、ディスプレイやプリンタ等の、各種の情報を出力するための装置である。出力装置２０として、タッチパネルディスプレイを採用することにより、入力装置１８として機能させてもよい。記憶媒体読取装置２２は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）メモリ等の各種記憶媒体に記憶されたデータの読み込みや、記憶媒体に対するデータの書き込み等を行う。
　通信Ｉ／Ｆ２４は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。
　次に、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０の機能構成について説明する。図３は、ロボット設備設計装置１０の機能構成の例を示すブロック図である。図３に示すように、ロボット設備設計装置１０は、機能構成として、取得部３２と、配置計画部３４と、評価部３６とを含む。各機能構成は、ＣＰＵ１２が記憶装置１６に記憶されたロボット設備設計プログラムを読み出し、メモリ１４に展開して実行することにより実現される。
　取得部３２は、ロボット設備の構成要素であるロボットに関するロボット仕様情報と、ロボット設備の構成要素である、ロボット以外の部材に関する部材情報と、ロボットに行わせる作業に関する作業情報とを取得する。ロボット仕様情報及び部材情報は、本開示の「構成要素情報」の一例である。ロボット仕様情報には、リンク間の接続関係やリンクの回転軸等の構造を示すキネマティクス情報、各リンクの重さ等、リンクの動作時の速度等を特定するための情報であるダイナミクス情報、及び各リンクの形状情報が含まれる。部材情報には、部材であるジグ及びワーク、並びに加工機や検査機等の周辺機の形状情報が含まれる。なお、各形状情報は、例えばＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）データ等の三次元データとしてよい。作業情報には、作業の種類、作業の順番、作業で使用する部材とその部材にロボットがアクセスする位置、作業で使用するワーク、ロボットハンドのどの部分でワークのどの部分を把持するかを示す把持の状態等の情報が含まれる。部材に対するロボットのアクセスとは、例えば、ロボットハンドによるワークの把持（ピック）、ワークの解放（リリース又はプレース）、所定位置へのワークの取り付け等である。
　以下、ロボットと、ロボット以外の部材とを区別なく説明する場合には、ロボット及び部材をまとめて「構成要素」ともいう。
　また、取得部３２は、ユーザにより指定された、構成要素の配置に関する制約情報を取得する。すなわち、制約情報は、ユーザの意図が反映された情報である。制約情報は、少なくとも、構成要素毎に設定された配置範囲内に構成要素の各々が配置されるという制約と、構成要素同士が非干渉であるという制約とを含む。配置範囲とは、構成要素を配置する範囲として想定される最大の範囲である。配置範囲としては、例えば、他の制約を考慮することなく、設備を設計する領域内において、ユーザが任意の範囲を設定してよい。したがって、構成要素毎に、配置範囲という制約情報を持つことになる。図４に、設備を設計する領域と配置範囲との関係、及び構成要素毎の配置範囲の一例を示す。図４の例では、Ａ～Ｅがそれぞれ構成要素を表しており、Ａ～Ｅの各矩形は、各構成要素を平面視した形状及びサイズを概略的に表している。図４の例では、構成要素Ａ及びＢの各々の制約情報となる配置範囲は配置範囲１、構成要素Ｃ及びＤの各々の制約情報となる配置範囲は配置範囲２、並びに、構成要素Ｅの制約情報となる配置範囲は配置範囲３であることを表している。
　また、制約情報は、構成要素間の位置関係、構成要素の配置不可能領域、構成要素を配置する指定位置、構成要素に対するクリアランス、ロボットの作業点に対応する部材に対するロボットの位置の少なくとも１つを含んでもよい。
　構成要素間の位置関係の制約情報は、構成要素Ａと構成要素Ｂとは隣り合わせに配置する、構成要素Ｃと構成要素Ｄとは１ｍ以上離して配置する等の位置関係を、構成要素のローカル座標系で指定した制約情報である。構成要素の配置不可能領域の制約情報は、例えば図５中のＰに示すように、人の動線として確保すべき領域や固定設備が配置されている領域等、構成要素を配置することができない領域をワールド座標系の位置で指定した制約情報である。構成要素を配置する指定位置の制約情報は、例えば図５中のＱに示すように、構成要素の１つであるトレイはコンベア（固定設備）上に配置する等、特定の位置に配置することが決まっている構成要素の配置をワールド座標系の位置で指定した制約情報である。
　構成要素に対するクリアランスの制約情報は、例えば図５中のＲに示すように、構成要素の扉を開閉するためのスペース、電源部分等、他の構成要素を配置することができない領域を、構成要素のローカル座標系の位置で指定した制約情報である。ある構成要素について設定されたクリアランスと、他の構成要素について設定されたクリアランスとは重複可能である。このようなクリアランスを制約情報とすることで、作業スペースを確保しつつ、余分なスペースが削減された配置を算出することができる。
　また、ロボットの作業点に対応する部材に対するロボットの位置は、例えば、ロボットの配置を、ロボットが作業対象の部材にアクセスする位置に応じて限定するための制約情報である。具体的には、ロボットによるワークの把持、解放、取り付け等が行われる作業点が、ある部材のある一面側に設定されているとする。この場合、その部材のその面側にロボットを配置することを、その部材のローカル座標系で指定した制約情報である。このような作業情報に関する制約情報を設定することで、構成要素の配置に応じたロボットの経路を計画する際に、経路計画の成功率が向上するような配置を算出することができる。
　ロボット仕様情報、部材情報、作業情報、及び制約情報は、入力装置１８、記憶媒体読取装置２２、又は通信Ｉ／Ｆ２４を介してロボット設備設計装置１０に入力される。取得部３２は、取得したロボット仕様情報、部材情報、作業情報、及び制約情報を、配置計画部３４に受け渡す。
　配置計画部３４は、ロボット仕様情報、部材情報、及び作業情報に基づいて、設備における構成要素の各々の配置の候補として、制約情報を満たす配置の候補を１つ以上算出する。具体的には、配置計画部３４は、共通する配置範囲が制約情報となっている構成要素群に対応する配置範囲毎に、配置範囲内での構成要素群に含まれる構成要素の各々の配置を算出する。例えば、図４の場合、配置計画部３４は、配置範囲１を共通する制約情報として持つ構成要素Ａ及びＢを１つのグループとして抽出する。同様に、配置計画部３４は、配置範囲２を共通する制約情報として持つ構成要素Ｃ及びＤを１つのグループとして抽出し、配置範囲３を制約情報として持つ構成要素Ｅを１つのグループとして抽出する。そして、配置計画部３４は、グループ毎に、各グループに含まれる構成要素を、構成要素同士が非干渉とういう制約を含む全ての制約情報を満たすように、そのグループに対応する配置範囲に配置した配置パターンを算出する。配置パターンは、１つの配置範囲に対して複数存在し得る。
　配置計画部３４は、図６に示すように、配置範囲毎に算出した配置パターンを組み合わせて、配置候補を算出する。各配置候補の情報は、設備を設計する領域における、各構成要素の位置座標である。配置計画部３４は、算出した配置候補の情報を評価部３６に受け渡す。
　評価部３６は、配置計画部３４で算出され配置候補の各々の配置に関するコスト（以下、「配置コスト」という）を算出する。評価部３６は、配置コストとして、少なくとも作業情報に基づくコストを算出する。例えば、図７上図に示すように、作業順序を考慮した配置、例えば、ロボットの作業に関連する部材を作業順に並べた配置の方が、ロボットの動作時間の総和が短くなる場合が多い。一方、図７下図に示すように、作業順序を考慮していない配置、例えば、ロボットの作業に関連する部材間距離を単純に最小化するような配置の場合、冗長な動作になって動作時間の総和が延びてしまう場合がある。なお、図７において、各丸印は、ロボットの作業点、矢印はロボットの動作方向及び動作距離を表している。これを踏まえ、評価部３６は、作業情報が示す作業順に作業を行った場合のロボットの動作距離の総和に基づいて、配置コストを算出してよい。例えば、評価部３６は、ロボットの作業順での作業点間の距離、すなわち部材間距離の総和を、配置コストとして算出してよい。
　また、評価部３６は、作業情報に基づくコストに、さらに、構成要素に関する幾何情報を利用したコスト（以下、「幾何コスト」という）を少なくとも１つ反映させて、配置コストを算出してもよい。構成要素に関する幾何情報とは、構成要素間の距離、構成要素が配置された領域の面積又は体積、障害物と構成要素との距離等である。例えば図８及び下記（１）式に示すように、構成要素間距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・、ＬＮ（Ｎは構成要素の数）の総和が大きいほど大きくなる値を幾何コストｃとしてよい。なお、図８では、全ての構成要素間距離を図示すると煩雑になるため、一部の構成要素間距離のみを図示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、例えば図９及び下記（２）式に示すように、構成要素の床面への設置部分の外接形状の面積Ｓが大きいほど大きくなる値を幾何コストｃとしてよい。
ｃ＝Ｓ （２）
　なお、上記面積Ｓに、構成要素の高さを乗算した体積Ｖを幾何コストｃとしてもよい。
　また、例えば図１０及び下記（３）式に示すように、各構成要素と障害物との距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・、ＤＮの総和が大きいほど小さくなる値を幾何コストｃとしてもよい。配置コストに、構成要素と障害物との距離に基づく幾何コストを反映することで、ロボットの経路計画の成功率が高い配置候補の評価を高くすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　評価部３６は、例えば、上記の幾何コストｃの少なくとも１つと、作業情報に基づくコストとを多目的最適化することにより、配置コストを算出してよい。上述した作業情報に基づくコスト、及び上記（１）式～（３）式の幾何コストｃを用いた配置コストは、値が小さいほど配置の評価が高いことを表す。
　また、評価部３６は、ロボットの可操作性に基づくコストを配置コストとして算出してもよい。可操作性とは、ロボットがある姿勢をとるときに、その姿勢からの動き易さを示す指標である。可操作性は、ロボットの幾何構成（キネマティクス）によって変わる。図１１に、可操作性を概略的に示す。図１１の例では、色（濃度）が薄い点ほど可操作性の高い姿勢をとることができる空間位置であることを表している。可操作性ｗは、下記（４）式により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　数式内の太字のｑは、ロボットの姿勢、すなわち各関節の値（回転角度）のベクトルである。また、数式内の太字のｒは、ロボットの手先の所定部位の位置及び姿勢（ｘ，ｙ，ｚ，ｒｏｌｌ，ｐｉｔｃｈ，ｙａｗ）である。また、数式内の太字のＪ（ｑ）は、ロボットの姿勢ｑのヤコビアンである。可操作性に基づくコストは、例えば、構成要素が配置される位置の可操作性ｗの値の総和等としてよい。評価部３６は、可操作性に基づくコストを算出するための情報を、ロボット仕様情報、部材情報、及び作業情報から特定する。したがって、可操作性に基づくコストは、作業情報に基づくコストともいえる。配置コストとして、ロボットの可操作性を用いることで、ロボットの姿勢を算出する際の逆運動学の解のバリエーションが増え、より良い解を求めることができ、経路計画の成功率の向上に寄与することができる。なお、評価部３６は、可操作性に基づくコストを、上述の作業順での部材間距離の総和や幾何コストと組み合わせて、配置コストを算出してもよい。
　評価部３６は、配置コストが示す評価に基づいて、配置候補から最適な配置を選択する。具体的には、評価部３６は、配置コストが示す評価が最も高い配置候補を、最適な配置として選択し、選択した配置についての配置情報、すなわち、設備を設計する領域における各構成要素の位置座標の情報を出力する。
　次に、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０の作用について説明する。図１２は、ロボット設備設計装置１０のＣＰＵ１２により実行されるロボット設備設計処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ１２が記憶装置１６からロボット設備設計プログラムを読み出して、メモリ１４に展開して実行することにより、ＣＰＵ１２がロボット設備設計装置１０の各機能構成として機能し、図１２に示すロボット設備設計処理が実行される。ロボット設備設計処理は、本開示のロボット設備設計方法の一例である。
　ステップＳ１０で、取得部３２が、ロボット仕様情報、部材情報、作業情報、及び制約情報を取得し、配置計画部３４に受け渡す。次に、ステップＳ１２で、配置計画部３４が、共通する配置範囲を制約情報として持つ構成要素をグループとして抽出する。
　次に、ステップＳ１４で、配置計画部３４が、上記ステップＳ１２で抽出したグループから、１つのグループに対応する配置範囲を選択する。
　次に、ステップＳ１６で、配置計画部３４が、選択した配置範囲に対応するグループに含まれる構成要素を、制約情報を満たすように、そのグループに対応する配置範囲に配置した配置パターンを算出する。
　次に、ステップＳ１８で、配置計画部３４が、上記ステップＳ１２で抽出したグループに対応する配置範囲の選択が全て終了したか否かを判定する。未選択の配置範囲が存在する場合には、ステップＳ１４に戻り、全ての配置範囲の選択が終了している場合には、ステップＳ２０へ移行する。
　ステップＳ２０では、配置計画部３４が、配置範囲毎に算出した配置パターンを組み合わせて、配置候補を算出し、算出した配置候補の情報を評価部３６に受け渡す。そして、評価部３６が、配置候補の各々について、少なくとも作業情報に基づくコストを用いた配置コストを算出する。
　次に、ステップＳ２２で、評価部３６が、配置コストが示す評価が最も高い配置候補を、最適な配置として選択し、選択した配置についての配置情報を出力し、ロボット設備設計処理は終了する。
　以上説明したように、第１実施形態に係るロボット設備設計装置は、ロボットを構成要素として含む設備に含まれる各構成要素（ロボット及びロボット以外の部材）に関する構成要素情報（ロボット仕様情報及び部材情報）を取得する。また、ロボット設備設計装置は、ロボットに行わせる作業に関する作業情報と、構成要素の配置に関する制約情報とを取得する。そして、ロボット設備設計装置は、構成要素情報及び作業情報に基づいて、設備における構成要素の各々の配置候補として、制約情報を満たす配置候補を１つ以上算出する。さらに、ロボット設備設計装置は、配置候補の各々の配置に関する配置コストを算出し、配置コストが示す評価に基づいて、配置候補から最適な配置を選択する。すなわち、ロボット設備設計装置は、ユーザの意図を反映した制約を満たすような配置候補を算出した上で、配置候補毎の配置コストに基づいて、各配置候補を評価する。これにより、ロボットを構成要素に含む設備の設計において、ユーザの意図を反映した配置を効率良く算出することができる。また、作業情報に基づくコストを用いた配置コストにしたがって最適な配置を選択することで、ロボットによる作業が効率良く行われるような配置を算出することができる。
　また、ロボット設備設計装置は、制約情報として、構成要素を配置する範囲として想定される最大の範囲を示し、構成要素毎に設定された配置範囲内に構成要素の各々が配置されるという制約と、構成要素同士が非干渉であるという制約とを取得する。そして、ロボット設備設計装置は、共通する配置範囲が制約情報となっている構成要素群に対応する配置範囲毎に、配置範囲内での構成要素群に含まれる構成要素の各々の配置を算出する。これにより、ユーザの意図を反映し、かつロボットの経路計画の成功率が向上するような配置を効率良く算出することができる。
　また、ロボット設備設計装置は、制約情報として、構成要素間の位置関係、構成要素の配置不可能領域、構成要素を配置する指定位置、構成要素に対するクリアランス、ロボットの作業点に対応する構成要素に対するロボットの位置の少なくとも１つを取得する。これにより、ユーザの意図を、配置の算出に詳細かつ柔軟に反映させることができる。
＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態に係るロボット設備設計装置において、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、第１実施形態と第２実施形態とで、符号の末尾２桁が共通する機能構成において、共通する機能についての詳細な説明を省略する。さらに、第２実施形態に係るロボット設備設計装置のハードウェア構成は、図２に示す、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。
　第２実施形態に係るロボット設備設計装置２１０の機能構成について説明する。図３に示すように、ロボット設備設計装置２１０は、機能構成として、取得部３２と、配置計画部２３４と、評価部３６とを含む。各機能構成は、ＣＰＵ１２が記憶装置１６に記憶されたロボット設備設計プログラムを読み出し、メモリ１４に展開して実行することにより実現される。
　第１実施形態では、図４に示すように、各配置範囲に重複がない場合について説明した。各構成要素に設定される配置範囲は、図１３に示す配置範囲１と配置範囲２のように、一部が重複するように設定されてもよいし、配置範囲２と配置範囲３のように、包含関係となるように設定されてもよい。
　配置計画部２３４は、共通する配置範囲が制約情報となっている構成要素群に対応する配置範囲同士が、図１３に示すように重複する場合、予め定めた優先度順に配置パターンを算出する配置範囲を決定する。具体的には、配置計画部２３４は、優先度順に先に配置パターンが決定された配置範囲と重複する領域を含む配置範囲についての配置パターンを算出する際、先に決定されている配置パターンにおける構成要素と干渉しないように、配置パターンを算出する。
　例えば、配置計画部２３４は、サイズが小さい配置範囲ほど優先度が高いと判定してよい。配置範囲のサイズが小さいほど、その配置範囲に制約情報を満たすように構成要素を配置することが困難になる。そのため、サイズが小さい配置範囲から先に配置パターンを決定することで、設備を設計する領域全体について、制約情報を満たす配置が算出し易くなる。
　また、例えば、配置計画部２３４は、配置範囲における構成要素を配置可能な領域の自由度が小さい配置範囲ほど優先度が高いと判定してもよい。自由度は、例えば、自由度＝（配置範囲の面積－配置不可領域の面積）／構成要素の面積（床面への設置部分の外接形状の面積）としてよい。配置不可領域とは、例えば、配置範囲内に設置される固定設備の領域等である。例えば、図１４に示すように、構成要素Ａの制約情報として配置範囲１が設定され、構成要素Ｂの制約情報として配置範囲２が設定されているとする。また、配置範囲１と配置範囲２とは同じ面積、構成要素Ａと構成要素Ｂとは同じ面積、かつ、配置範囲１内には、固定設備が設置されるものとする。この場合、配置範囲１の自由度の方が、配置範囲２の自由度よりも小さくなるため、配置範囲１の方が配置範囲２よりも優先度が高くなる。固定設備や構成要素の大きさを考慮したうえで、配置範囲から配置不可領域を除いた領域の面積が小さい場合、上記の配置範囲のサイズが小さい場合と同様に、制約情報を満たす配置パターンを算出することが困難になる。そのため、自由度が小さい配置範囲から先に配置パターンを決定することで、設備を設計する領域全体について、制約情報を満たす配置が算出し易くなる。
　また、例えば、配置計画部２３４は、包含関係にある配置範囲同士の場合、内側の配置範囲ほど優先度が高いと判定してもよい。例えば、図１５に示すように、構成要素Ａ、Ｂ、及びＣの制約情報として配置範囲２が設定されており、構成要素Ｄ及びＥの制約情報として配置範囲１が設定されており、配置範囲２は配置範囲１に内包されているとする。このような場合に、外側の配置範囲である配置範囲１から先に配置パターンを算出したとする。この場合、配置範囲２についての配置パターン算出時に、図１６の破線部に示すように、先に算出されている配置範囲１についての配置パターンにおける構成要素と干渉する可能性、又は、図１７の破線部に示すように、配置範囲２に構成要素が収まらない可能性が高まる。すなわち、構成要素同士が非干渉であるという制約、又は構成要素毎に設定された配置範囲内に構成要素の各々が配置されるという制約を満たさない可能性が高まる。そのため、包含関係にある内側の配置範囲から先に配置パターンを決定することで、設備を設計する領域全体について、制約情報を満たす配置が算出し易くなる。
　配置計画部２３４は、上記の配置範囲のサイズ、自由度、及び包含関係のいずれかに基づいて、配置範囲毎の優先度を設定してもよいし、これらを組み合わせた総合的な優先度を設定してもよい。
　次に、第２実施形態に係るロボット設備設計装置２１０の作用について説明する。図１８は、ロボット設備設計装置２１０のＣＰＵ１２により実行されるロボット設備設計処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ１２が記憶装置１６からロボット設備設計プログラムを読み出して、メモリ１４に展開して実行することにより、ＣＰＵ１２がロボット設備設計装置２１０の各機能構成として機能し、図１８に示すロボット設備設計処理が実行される。なお、図１８に示すロボット設備設計処理において、第１実施形態におけるロボット設備設計処理（図１２）と同様の処理については、同一のステップ番号を付与して、詳細な説明を省略する。
　ステップＳ１０及びＳ１２を経て、ステップＳ２１０へ移行する。ステップＳ２１０では、配置計画部２３４が、上記ステップＳ１２で抽出した各グループに対応する配置範囲の各々について、配置範囲のサイズ、自由度、包含関係、又はこれらの組み合わせに基づいて、配置範囲毎の優先度を設定する。
　次に、ステップＳ２１４で、配置計画部２３４が、上記ステップＳ１２で抽出したグループから、上記ステップＳ２１０で設定した優先度順に、１つのグループに対応する配置範囲を選択する。
　次に、ステップＳ２１６で、配置計画部２３４が、選択した配置範囲に対応するグループに含まれる構成要素を、制約情報を満たすように、そのグループに対応する配置範囲に配置した配置パターンを算出する。この際、先に配置パターンが算出されている配置範囲における構成要素と、選択された配置範囲の構成要素とが干渉する場合には、選択された配置範囲の構成要素の配置を修正することにより、構成要素同士が非干渉という制約を満たす配置パターンを算出する。
　次に、ステップＳ１８で、配置計画部２３４が、上記ステップＳ１２で抽出したグループに対応する配置範囲の選択が全て終了したか否かを判定する。未選択の配置範囲が存在する場合には、ステップＳ２１４に戻り、全ての配置範囲の選択が終了している場合には、ステップＳ２０へ移行する。
　以下、第１実施形態におけるロボット設備設計処理と同様に、ステップＳ２０及びＳ２２の処理が実行され、ロボット設備設計処理は終了する。
　以上説明したように、第２実施形態に係るロボット設備設計装置は、配置範囲のサイズ、自由度、包含関係、又はこれらの組み合わせに基づいて、配置範囲毎の優先度を設定する。そして、ロボット設備設計装置は、優先度順に、配置範囲毎の配置パターンを算出する。これにより、構成要素毎の制約情報として設定した配置範囲に重複が生じている場合でも、ロボットを構成要素に含む設備の設計において、ユーザの意図を反映した配置を効率良く算出することができる。
＜第３実施形態＞
　次に、第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態に係るロボット設備設計装置において、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、第１実施形態と第３実施形態とで、符号の末尾２桁が共通する機能構成において、共通する機能についての詳細な説明を省略する。さらに、第３実施形態に係るロボット設備設計装置のハードウェア構成は、図２に示す、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。
　第３実施形態に係るロボット設備設計装置３１０の機能構成について説明する。図３に示すように、ロボット設備設計装置３１０は、機能構成として、取得部３２と、配置計画部３４と、評価部３３６とを含む。各機能構成は、ＣＰＵ１２が記憶装置１６に記憶されたロボット設備設計プログラムを読み出し、メモリ１４に展開して実行することにより実現される。
　評価部３３６は、作業情報が示す作業順に作業を行った場合のロボットの動作時間に基づいて、配置候補毎の配置コストを算出する。具体的には、評価部３３６は、作業情報に基づいて、配置候補毎に作業点を特定し、特定した作業点を作業順に辿る経路の長さに、予め設定したロボットの動作速度を乗算した値を、簡易的な動作時間に基づく配置コストとして算出してよい。また、評価部３３６は、ロボット仕様情報及び作業情報に基づいて、作業点毎のロボットの姿勢を算出すると共に、例えば下記（５）式に示すように、作業点間に相当する開始姿勢から終了姿勢までのロボットの動作時間の和を配置コストとして算出してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　（５）式において、ｍは作業点の個数、ｔｉ，ｉ＋１は、ｉ番目の作業点とｉ＋１番目の作業点との間の動作時間である。評価部３３６は、ロボット仕様情報に含まれるダイナミクス情報等に基づいて、ロボットの姿勢を変化させる速度及び加速度を設定し、ロボットの動作をシミュレーションすることにより、動作時間ｔｉ，ｉ＋１を算出してよい。そして、評価部３３６は、動作時間に基づく配置コストにしたがって、動作時間が最も短い配置候補を、最適な配置として選択する。
　第３実施形態に係るロボット設備設計装置３１０の作用は、第１実施形態におけるロボット設備設計処理（図１２）のステップＳ２０で、配置コストとして、動作時間に基づく配置コストを算出する点が第１実施形態と相違するだけであるため、説明を省略する。
　以上説明したように、第３実施形態に係るロボット設備設計装置は、配置候補から最適な配置を選択するための配置コストとして、各配置候補におけるロボットの動作時間に基づくコストを算出する。そして、ロボット設備設計装置は、動作時間が最短となる配置候補を最適な配置として選択する。これにより、ロボットの動作時間が最短となる配置を最適な配置として選択することができる。
　なお、第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、配置範囲毎の配置パターンを算出する際に、配置範囲の優先度順に算出するようにしてもよい。
＜第４実施形態＞
　次に、第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態に係るロボット設備設計装置において、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、第１実施形態と第４実施形態とで、符号の末尾２桁が共通する機能構成において、共通する機能についての詳細な説明を省略する。さらに、第４実施形態に係るロボット設備設計装置のハードウェア構成は、図２に示す、第１実施形態に係るロボット設備設計装置１０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。
　第４実施形態に係るロボット設備設計装置４１０の機能構成について説明する。図１９に示すように、ロボット設備設計装置４１０は、機能構成として、取得部３２と、作成部４３８と、配置計画部３４と、評価部４３６とを含む。各機能構成は、ＣＰＵ１２が記憶装置１６に記憶されたロボット設備設計プログラムを読み出し、メモリ１４に展開して実行することにより実現される。
　作成部４３８は、ロボットを含む空間内の各点における可到達性を示す可到達性マップを生成する。可到達性とは、該当の点が、ロボットにとってどれだけ手が届き易いかを示す指標である。具体的には、作成部４３８は、ロボットを含む空間を、三次元方向のそれぞれについて一定間隔で離散化することにより、空間を複数のボクセルに分割する。作成部４３８は、図２０に示すように、離散化したボクセル４０毎に、ボクセル４０内に球４２を設定し、球４２の表面にロボット手先の座標系候補４４を一定間隔で生成する。図２０の例では、座標系候補４４を、ロボット手先４６のローカル座標系のｚ軸方向の矢印で表している。作成部４３８は、取得部３２からロボット仕様情報を受け取る。そして、作成部４３８は、ロボット仕様情報に基づいて、座標系候補４４の各々について、座標系候補４４とロボット手先４６とを一致させるロボット姿勢となる解の有無を判定し、解のある座標系候補４４をカウントする。なお、ここでのロボット姿勢では、ロボットのベース（土台部分）の移動及び回転は行わないものとしてよい。
　作成部４３８は、例えば、下記によりボクセル４０毎の可到達性を算出する。
可到達性＝（解のある座標系候補の数／座標系候補の総数数）＊１００
　作成部４３８は、空間内の全てのボクセル４０について上記のように可到達性を算出することにより、可到達性マップを作成する。可到達性マップは、概念的には、図１１に示す可操作性と同様に表すことができる。図１１の例では、各点がボクセル４０毎に算出された可到達性の値に対応しており、色（濃度）が薄い点ほど可到達性が高いこと、すなわちロボット手先４６が届き易い点であることを表している。作成部４３８は、作成した可到達性マップを評価部４３３６へ受け渡す。
　評価部４３６は、配置計画部３４で算出され配置候補の各々について、可到達性マップに基づいて配置コストを算出する。具体的には、評価部４３６は、可到達性マップにおけるロボットの位置及び向きを、配置候補におけるロボットの位置及び向きに合わせる。そして、評価部４３６は、ロボットから見た各作業点に最も近いボクセル４０の可到達性を取得し、全ての作業点についての可到達性の総和を配置コストとして算出する。上記のように算出された可到達性の場合、配置コストが大きいほど、配置の評価が高いことを表す。
　次に、第４実施形態に係るロボット設備設計装置４１０の作用について説明する。図２１は、ロボット設備設計装置４１０のＣＰＵ１２により実行されるロボット設備設計処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ１２が記憶装置１６からロボット設備設計プログラムを読み出して、メモリ１４に展開して実行することにより、ＣＰＵ１２がロボット設備設計装置４１０の各機能構成として機能し、図２１に示すロボット設備設計処理が実行される。なお、図２１に示すロボット設備設計処理において、第１実施形態におけるロボット設備設計処理（図１２）と同様の処理については、同一のステップ番号を付与して、詳細な説明を省略する。
　ステップＳ１０を経て、ステップＳ４１０へ移行する。ステップＳ４１０では、作成部４３８が、ロボットを含む空間を離散化して複数のボクセル４０に分割し、離散化したボクセル４０毎に、ボクセル４０内に球４２を設定し、球４２の表面にロボット手先の座標系候補４４を一定間隔で生成する。そして、作成部４３８は、ロボット仕様情報に基づいて、座標系候補４４の各々について、座標系候補４４とロボット手先４６とを一致させるロボット姿勢となる解の有無に基づいて、ボクセル４０毎に可到達性を算出することにより、可到達性マップを作成する。
　次に、ステップＳ１２～Ｓ１８を経て、ステップＳ４２０へ移行する。ステップＳ４２０では、評価部４３６が、配置候補毎に、可到達性マップにおけるロボットの位置及び向きを、配置候補におけるロボットの位置及び向きに合わせる。そして、評価部４３６が、ロボットから見た各作業点に最も近いボクセル４０の可到達性を取得し、全ての作業点についての可到達性の総和を配置コストとして算出する。
　以下、第１実施形態におけるロボット設備設計処理と同様に、ステップＳ２２の処理が実行され、ロボット設備設計処理は終了する。
　以上説明したように、第４実施形態に係るロボット設備設計装置は、ロボットの手の届き易さを示す可到達性に基づく配置コストして、配置候補から最適な配置を選択する。これにより、無理のないロボット姿勢をとることができる配置を、最適な配置として選択することができる。
　なお、第４実施形態においても、第２実施形態と同様に、配置範囲毎の配置パターンを算出する際に、配置範囲の優先度順に算出するようにしてもよい。また、第１～第３実施形態で説明した配置コストと、可到達性に基づく配置コストを組み合わせた配置コストを算出してもよい。
　なお、上記各実施形態において、ロボット設備に含まれるロボットの台数は、１台であってもよいし、複数台であってもよい。複数台のロボットを含む場合には、より複雑な作業に対応可能なロボット設備を構築することができる。
　また、開示の技術は、ロボットのオフラインティーチングツール、ＣＰＳ（Ｃｙｂｅｒ－Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）等のシミュレーションツール、ＣＡＤ等に適用可能である。
　また、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行したロボット設備設計処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、ロボット設備設計処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
　また、上記各実施形態では、ロボット設備設計プログラムが記憶装置に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
１０、２１０、３１０ ロボット設備設計装置
１２ ＣＰＵ
１４ メモリ
１６ 記憶装置
１８ 入力装置
２０ 出力装置
２２ 記憶媒体読取装置
２４ 通信Ｉ／Ｆ
２６ バス
３２ 取得部
３４、２３４ 配置計画部
３６、３３６ 評価部
４０ ボクセル
４２ 球
４４ 座標系候補
４６ ロボット手先

Claims (14)

  1. 　ロボットを構成要素として含む設備に含まれる各構成要素に関する構成要素情報と、前記ロボットに行わせる作業に関する作業情報と、前記構成要素の配置に関する制約情報とを取得する取得部と、
    　前記構成要素情報及び前記作業情報に基づいて、前記設備における前記構成要素の各々の配置の候補として、前記制約情報を満たす配置の候補を１つ以上算出する配置計画部と、
    　前記配置の候補の各々の配置に関するコストを算出し、前記コストが示す評価に基づいて、前記配置の候補から最適な配置を選択する評価部と、
    　を含むロボット設備設計装置。
  2. 　前記評価部は、少なくとも前記作業情報に基づいて、前記コストを算出する請求項１に記載のロボット設備設計装置。
  3. 　前記評価部は、前記作業情報が示す作業順に作業を行った場合の前記ロボットの動作距離又は動作時間に基づくコストを算出する請求項２に記載のロボット設備設計装置。
  4. 　前記評価部は、さらに、前記構成要素間の距離、前記構成要素が配置された領域の面積又は体積、及び障害物と前記構成要素との距離の少なくとも１つに基づいて、前記コストを算出する請求項２又は請求項３に記載のロボット設備設計装置。
  5. 　前記取得部は、前記制約情報として、前記構成要素を配置する範囲として想定される最大の範囲を示し、前記構成要素毎に設定された配置範囲内に前記構成要素の各々が配置されるという制約と、前記構成要素同士が非干渉であるという制約とを取得する請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のロボット設備設計装置。
  6. 　前記配置計画部は、共通する前記配置範囲が制約情報となっている構成要素群に対応する前記配置範囲毎に、前記配置範囲内での前記構成要素群に含まれる前記構成要素の各々の配置を算出する請求項５に記載のロボット設備設計装置。
  7. 　前記配置計画部は、前記構成要素群に対応する前記配置範囲同士が重複する場合、予め定めた優先度順に、前記配置範囲内での前記構成要素群に含まれる前記構成要素の各々の配置を算出する請求項６に記載のロボット設備設計装置。
  8. 　前記配置計画部は、サイズが小さい前記配置範囲ほど前記優先度が高いと判定する請求項７に記載のロボット設備設計装置。
  9. 　前記配置計画部は、前記配置範囲における前記構成要素を配置可能な領域の自由度が低い前記配置範囲ほど前記優先度が高いと判定する請求項７に記載のロボット設備設計装置。
  10. 　前記配置計画部は、包含関係にある前記配置範囲同士の場合、内側の前記配置範囲ほど前記優先度が高いと判定する請求項７に記載のロボット設備設計装置。
  11. 　前記取得部は、前記制約情報として、前記構成要素間の位置関係、前記構成要素の配置不可能領域、前記構成要素を配置する指定位置、前記構成要素に対するクリアランス、前記ロボットの作業点に対応する前記構成要素に対する前記ロボットの位置の少なくとも１つを取得する請求項５～請求項１０のいずれか１項に記載のロボット設備設計装置。
  12. 　前記評価部は、作業点に対する前記ロボットの手先の届き易さを示す可到達性に基づくコストを算出する請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載のロボット設備設計装置。
  13. 　取得部が、ロボットを構成要素として含む設備に含まれる各構成要素に関する構成要素情報と、前記ロボットに行わせる作業に関する作業情報と、前記構成要素の配置に関する制約情報とを取得し、
    　配置計画部が、前記構成要素情報及び前記作業情報に基づいて、前記設備における前記構成要素の各々の配置の候補として、前記制約情報を満たす配置の候補を１つ以上算出し、
    　評価部が、前記配置の候補の各々の配置に関するコストを算出し、前記コストが示す評価に基づいて、前記配置の候補から最適な配置を選択する
    　ロボット設備設計方法。
  14. 　コンピュータを、
    　ロボットを構成要素として含む設備に含まれる各構成要素に関する構成要素情報と、前記ロボットに行わせる作業に関する作業情報と、前記構成要素の配置に関する制約情報とを取得する取得部、
    　前記構成要素情報及び前記作業情報に基づいて、前記設備における前記構成要素の各々の配置の候補として、前記制約情報を満たす配置の候補を１つ以上算出する配置計画部、及び、
    　前記配置の候補の各々の配置に関するコストを算出し、前記コストが示す評価に基づいて、前記配置の候補から最適な配置を選択する評価部
    　として機能させるためのロボット設備設計プログラム。
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