WO2024042578A1

WO2024042578A1 - トラッキング制御装置およびトラッキング制御方法

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Publication number: WO2024042578A1
Application number: PCT/JP2022/031542
Authority: WO
Inventors: 清石前川; 卓矢岡原
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2022-08-22
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2024-02-29

Abstract

トラッキング制御装置（５０Ａ）が、ロボット（６）の動作を搬送対象物を搬送する搬送装置の動作に同期させる同期指令を、搬送対象物の搬送速度に基づいて決定された同期開始タイミングに基づいて生成する同期指令生成部（２）と、ロボットの目標位置までのロボット動作指令を生成する動作指令生成部（４）と、同期指令とロボット動作指令とを合成して合成指令を生成し、生成した合成指令を出力する合成部（１５）とを備え、同期指令生成部は、ロボットが目標位置に到達する前に同期を開始させる同期指令を生成する。

Description

トラッキング制御装置およびトラッキング制御方法

　本開示は、コンベアなどの搬送手段上を移動する対象に対して作業を行うロボット、自動組み立て機械などのメカニカルシステムを制御するトラッキング制御装置およびトラッキング制御方法に関する。

　搬送システムでは、搬送対象物がコンベア上で停止することなく搬送されている間にロボットが搬送対象物に作業を行うことで、コンベアの間欠駆動およびロボットが作業を行う際の搬送対象物の仮置きを不要としている。これにより、搬送システムでは、システムコストを削減しつつ、作業工程の削減等により全体の作業時間を短縮している。

　特許文献１に記載のトラッキング制御装置は、搬送対象物であるワークのセンシング情報および搬送装置の搬送速度に基づいて、搬送中の搬送対象物がロボットによってピッキングされると予測されるピッキング予測位置を算出している。このトラッキング制御装置は、ロボットの動作開始位置での姿勢およびピッキング予測位置での姿勢に基づいて、動作開始位置からピッキング予測位置までのロボットの動作軌跡を生成している。そして、ロボットが、動作軌跡に従って制御され、ロボットがピッキング予測位置まで到達後に搬送装置の搬送速度とロボット動作を同期させる制御を行った後、搬送装置によって搬送される搬送対象物のピッキング作業を行っている。

特開２０１９－２５６１８号公報

　しかしながら、上記特許文献１の技術では、ロボットハンドが搬送対象物に到達した後に搬送装置とロボットとの間の速度同期を行うので、ピッキング作業といったロボットによる作業の開始までに時間を要し、ロボットが作業を開始するまでの時間が長くな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、ロボットが作業を開始するまでの時間を短縮することができるトラッキング制御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、本開示のトラッキング制御装置は、搬送対象物に対して作業を実行するメカニカルシステムの動作を搬送対象物を搬送する搬送装置の動作に同期させる同期指令を、搬送対象物の搬送速度に基づいて決定された同期を開始させるタイミングである同期開始タイミングに基づいて生成する同期指令生成部を備える。また、本開示のトラッキング制御装置は、メカニカルシステムの目標位置までの指令であるメカニカルシステム動作指令を生成する動作指令生成部と、同期指令とメカニカルシステム動作指令とを合成して合成指令を生成し、生成した合成指令を出力する合成部とを備える。同期指令生成部は、メカニカルシステムが目標位置に到達する前に同期を開始させる同期指令を生成する。

　本開示にかかるトラッキング制御装置は、ロボットが作業を開始するまでの時間を短縮することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるトラッキング制御装置の構成を示す図実施の形態１にかかるトラッキング制御装置が生成する同期指令の速度波形の例を説明するための図実施の形態１にかかるトラッキング制御装置が備える同期開始タイミング決定部の構成を示す図実施の形態１にかかるトラッキング制御装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャート実施の形態３にかかるトラッキング制御装置が備える同期開始タイミング決定部の構成を示す図実施の形態４にかかるトラッキング制御装置の構成を示す図実施の形態４にかかるトラッキング制御装置がトルクを算出する地点を説明するための図実施の形態５にかかるトラッキング制御装置の構成を示す図実施の形態５にかかるトラッキング制御装置が同期開始タイミングを決定する際に用いる干渉考慮不要領域を説明するための図実施の形態６にかかるトラッキング制御装置が備える学習部の構成を示す図実施の形態７にかかるトラッキング制御装置が備える学習部の構成を示す図実施の形態１～７にかかるトラッキング制御装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図実施の形態１～７にかかるトラッキング制御装置が備える処理回路を専用のハードウェアで実現する場合の処理回路の例を示す図

　以下に、本開示の実施の形態にかかるトラッキング制御装置およびトラッキング制御方法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にかかるトラッキング制御装置の構成を示す図である。実施の形態１の搬送システムは、トラッキング制御装置５０Ａと、ロボット６と、コンベアといった搬送装置（図示せず）とを具備している。

　トラッキング制御装置（メカニカルシステムの制御装置）５０Ａは、コンベアなどの搬送手段上を移動する対象に対して作業を行うロボット、自動組み立て機械などのメカニカルシステムを制御するコンピュータである。実施の形態１では、トラッキング制御装置５０Ａが、ロボット６を制御する場合について説明する。トラッキング制御装置５０Ａは、ロボット６に接続されている。

　ロボット６は、コンベアによって搬送されるワークなどの搬送対象物に対して作業を実行するロボットである。ロボット６の例は、搬送対象物をピッキングするロボットである。なお、ロボット６は、コンベアによって搬送される搬送対象物に対してピッキングされたワークを配置するロボットであってもよいし、ねじ締めなどの作業を行うロボットであってもよい。

　実施の形態１のトラッキング制御装置５０Ａは、ロボット６が搬送対象物に到達する前にコンベアなどの搬送装置による搬送速度とロボット６の動作速度との同期を開始させる。搬送速度とロボット６の動作速度との同期処理は、搬送速度とロボット６の動作速度との相対速度が０に制御される処理である。トラッキング制御装置５０Ａは、ロボット６に同期指令を含んだ指令を送ることによってロボット６の動作速度を制御し、これにより、ロボット６の動作速度を、搬送速度と同じ速度に制御する。以下では、ロボット６の動作速度を搬送速度に同期させるロボット６への制御を、同期制御という。

　トラッキング制御装置５０Ａは、同期開始タイミング決定部１と、同期指令生成部２と、目標位置決定部３と、動作指令生成部４と、各軸制御部５と、把持動作制御部７と、合成部１５とを備えている。

　目標位置決定部３は、外部装置からコンベアによる搬送速度、および搬送対象物の搬送位置を受け付ける。目標位置決定部３は、例えば、コンベア等の搬送装置を制御する搬送制御装置から時々刻々の搬送速度および搬送位置を受け付ける。なお、目標位置決定部３は、センサ、カメラなどから時々刻々の搬送速度および搬送位置を受け付けてもよい。

　目標位置決定部３は、搬送速度および搬送位置に基づいて、ロボット６の目標位置（ロボット目標位置）を決定する。目標位置は、動作指令生成部４で生成する動作指令の目標位置であり、ロボット６が搬送対象物への作業を実行する際の基準となる位置である。ロボット６は、同期指令生成部２で生成した同期指令およびロボット６への同期を考慮していない動作指令である動作指令生成部４で生成したロボット動作指令に従って動作する。目標位置決定部３は、目標位置を動作指令生成部４および同期開始タイミング決定部１に送る。

　ロボット動作指令生成部である動作指令生成部４は、目標位置に基づいて、メカニカルシステムの目標位置までのロボット６への動作指令であるロボット動作指令（メカニカルシステム動作指令）を生成する。ロボット動作指令には、目標位置への位置指令などが含まれている。動作指令生成部４は、生成したロボット動作指令を合成部１５に送る。

　また、動作指令生成部４は、把持動作を実行するための把持プログラムなどに基づいて、目標位置でのロボット６による把持動作を指令する把持動作指令を生成する。把持動作指令は、ロボット６の手先であるロボット手先を動作させる指令である。把持動作指令で規定される動作には、例えば、ロボット手先を搬送対象物の位置まで下降させる動作、ロボット手先を開閉させる動作、ロボット手先を元の位置に戻させる動作などが含まれている。動作指令生成部４は、把持動作指令を把持動作制御部７に送る。なお、動作指令生成部４は、把持動作以外の作業を指令する作業指令を生成して把持動作制御部７に送ってもよい。

　同期開始タイミング決定部１は、外部装置からコンベアの搬送速度および搬送対象物の搬送位置を受け付け、目標位置決定部３から目標位置を受け付ける。同期開始タイミング決定部１は、搬送速度、搬送位置、および目標位置に基づいて、同期指令を用いた同期制御を開始するタイミング（以下、同期開始タイミングという場合がある）を決定する。同期開始タイミングは、ロボット６がロボット動作指令で規定された目標位置に到達するよりも前のタイミングである。すなわち、同期開始タイミングは、ロボット６がロボット動作指令で規定された目標位置に到達するよりも前に同期制御を開始するためのタイミングである。同期開始タイミング決定部１は、決定した同期開始タイミングを示す同期開始指令を同期指令生成部２に送る。

　同期指令生成部２は、同期開始タイミング決定部１から同期開始指令を受け取ると、同期開始指令に基づいて、コンベアの搬送速度に同期するための同期指令を生成する。同期指令生成部２は、ロボット６がロボット動作指令で規定された目標位置に到達する前に同期制御を開始するための同期指令を生成する。すなわち、同期指令生成部２は、動作指令生成部４で生成されるロボット動作指令が目標位置に到達する前に同期指令の生成を開始する。

　例えば、直線方向に搬送対象物を移動させるコンベアが搬送装置として使用されている場合、同期指令生成部２は、動作指令生成部４が生成するロボット動作指令の目標位置を始点とし、コンベアの搬送速度を目標速度としてコンベアに平行にロボット６のロボット手先が動作する同期指令（動作指令）を生成する。この同期指令には、目標速度に到達するまでの加速の指令と、目標速度で動作させる指令と、目標速度から減速して停止するまでの指令とが含まれている。同期指令生成部２は、生成した同期指令を、合成部１５に送る。

　合成部１５は、軸毎に、同期指令とロボット動作指令とを合成して合成指令を生成し、生成した合成指令を各軸制御部５に出力する。

　各軸制御部５は、ロボット６の移動を制御する制御部である。各軸制御部５は、合成部１５から送られてきた合成指令（同期指令とロボット動作指令とが合成された動作指令）に基づいて、ロボット６の各軸を制御する。把持動作制御部７は、動作指令生成部４から送られてきた把持動作指令に従って、ロボット手先を制御する。

　ここで、同期指令生成部２が生成する同期指令の直交座標系での速度波形の例について説明する。図２は、実施の形態１にかかるトラッキング制御装置が生成する同期指令の速度波形の例を説明するための図である。図２に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は同期指令の速度指令である。縦軸のプラス側がコンベアの動作方向（搬送対象物の搬送方向）に対応している。なお、図２では、減速時の速度指令の図示を省略している。

　同期指令生成部２が生成する同期指令の速度指令（速度波形）は、０から等加速度でコンベアの搬送速度Ｖまで加速し、搬送速度Ｖに到達した後は搬送速度Ｖを保ったままコンベアに平行に動作させる指令である。この速度指令では、加速時間Ｋｔの間、０から等加速度でコンベアの搬送速度Ｖまで加速する。

　加速時間Ｋｔの間の同期指令でのロボット手先の移動距離が加速距離Ｌである。すなわち、同期指令でロボット手先が搬送速度Ｖまで加速している間に進む距離が加速距離Ｌである。図２では、加速時間Ｋｔまでの同期指令の移動距離である加速距離Ｌを斜線部で示している。

　図２に示すように、加速中の加速度が一定であり、加速中の速度波形が直線で示される場合、Ｌ＝（Ｖ×Ｋｔ）／２となる。なお、減速時間の間の搬送対象物の移動距離が減速距離である。加速度および減速度が一定であり、加速中および減速中の速度波形が直線で示される場合、同期指令の速度波形は、台形パターンの速度指令となる。

　図３は、実施の形態１にかかるトラッキング制御装置が備える同期開始タイミング決定部の構成を示す図である。同期開始タイミング決定部１は、同期開始位置算出部１０と、同期開始位置到達判定部１１とを有している。

　同期開始位置算出部１０は、目標位置決定部３からロボット６の目標位置である目標位置を受け付け、センサなどの外部装置等からコンベアの搬送速度を受け付ける。

　同期開始位置算出部１０は、目標位置および搬送速度に基づいて、同期制御を開始するコンベア上の搬送対象物の位置（以下、同期開始位置という場合がある）を決定する。すなわち、同期開始位置算出部１０は、同期指令生成部２にて同期指令生成を開始させるコンベア上での搬送対象物の位置を決定する。なお、実施の形態１では、同期開始位置を同期開始位置ＰＳとする。

　例えば、目標位置決定部３が決定した目標位置を目標位置Ｐとすると、同期開始位置算出部１０は、目標位置Ｐからコンベアの上流方向に同期指令における加速距離Ｌだけ戻った地点の位置を、同期指令の生成を開始するコンベア上での搬送対象物の位置（同期開始位置ＰＳ）として決定する。すなわち、同期開始位置算出部１０は、搬送対象物が目標位置Ｐから予め定められた特定距離（加速距離Ｌ）だけ前の位置に到達した時点を同期開始位置ＰＳに決定する。

　コンベアによる搬送対象物の移動方向（搬送方向）をＸ軸の＋方向とし、Ｘ軸に水平面内で直交する軸をＹ軸とし、ロボット６の目標位置ＰのＸＹ座標を（Ｐｘ，Ｐｙ）とすると、同期指令が開始される同期開始位置ＰＳは、ＰＳ＝（Ｐｘ－Ｌ，Ｐｙ）となる。すなわち、コンベア上の搬送対象物がＰＳ＝（Ｐｘ－Ｌ，Ｐｙ）に到達した時点で同期制御が開始される。同期開始位置算出部１０は、同期開始位置ＰＳを同期開始位置到達判定部１１に送る。

　同期開始位置到達判定部１１は、同期開始位置算出部１０から同期開始位置ＰＳを受け付け、搬送制御装置などの外部装置から搬送対象物の時々刻々の搬送位置を受け付ける。同期開始位置到達判定部１１が、外部装置から受け付ける時々刻々の搬送位置は、搬送対象物の位置の推定値（位置推定値Ｘｈ）である。搬送位置である位置推定値Ｘｈは、搬送対象物がコンベアの上流に設置された撮像部（カメラ等）の下部を通過した際に撮像された映像から算出される搬送対象物のコンベア上での位置と、撮像からの経過時間と、コンベアに備えられた測定装置であるエンコーダからの撮像後の出力とに基づいて推定される。

　同期開始位置到達判定部１１は、Ｐｘ－ＬとＸｈとを比較し、Ｘｈ≧Ｐｘ－Ｌとなった時点で同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。同期開始位置到達判定部１１は、例えば、Ｘｈ＝Ｐｘ－Ｌとなった時点で同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。すなわち、同期開始位置到達判定部１１は、搬送対象物が目標位置Ｐから予め定められた特定距離（加速距離Ｌ）だけ前の位置に到達した時点を、同期を開始させるタイミングである同期開始タイミングに設定し、同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。

　なお、同期開始位置到達判定部１１は、上述した推定方法によって位置推定値Ｘｈを推定する場合に限らず、エンコーダの出力の代わりにコンベアへの速度指令、またはコンベアの速度の設計値を用いて位置推定値Ｘｈを推定してもよい。

　また、搬送システムにおいて、コンベアにエンコーダを設けず、コンベアの上流に設置された撮像部にて複数回間隔をあけて搬送対象物が撮像されてもよい。この場合、同期開始位置到達判定部１１は、例えば、複数回の撮像結果から推定したコンベアの速度と、撮像からの経過時間に基づいて搬送対象物の位置推定値Ｘｈを推定する。

　同期指令生成部２は、動作指令生成部４がロボット動作指令によって規定した始点を目標位置Ｐとし、図２に示したような速度パターンとなる同期指令を生成する。この場合において、同期指令の生成開始から加速時間Ｋｔ後の位置指令の増分はＬとなるので、同期指令生成部２が生成する同期指令では、ロボット６のコンベア上の動作方向のＰｘからの移動量がＬであり、コンベアの動作方向の速度指令はＶとなる。すなわち、ロボット６は、Ｐｘから搬送方向にＬだけ移動した時点で速度がＶになる。

　また、コンベア上の搬送対象物のＸ方向の位置は、Ｐｘ－Ｌ＋（Ｖ×Ｋｔ）となる。ここで、Ｖ×Ｋｔは、２Ｌであるので、コンベア上の搬送対象物のＸ方向の位置もロボット６と同様にＰｘ＋Ｌであり、搬送対象物のＸ方向の速度はＶである。これにより、同期指令の生成開始から加速時間Ｋｔ以上が経過し、ロボット動作指令が目標位置Ｐに到達した後は、ロボット６の位置および速度と、搬送対象物の位置および速度とが一致する。したがって、トラッキング制御装置５０Ａは、動作指令生成部４で生成するロボット動作指令が目標位置Ｐに到達してから先は、ロボット６と搬送対象物とを同期させることができる。

　目標位置決定部３は、ロボット動作指令に対応するロボット６の位置が目標位置Ｐに到達するよりも前に同期指令の生成開始から加速時間Ｋｔだけ時間が経過するように、動作指令生成部４が用いる目標位置Ｐを選定することが望ましい。すなわち、目標位置決定部３は、ロボット動作指令に対応するロボット６の位置が目標位置Ｐに到達するよりも前のタイミングを同期指令の開始タイミングとし、同期指令の開始から加速時間Ｋｔだけ時間が経過し、かつ、動作指令生成部４で生成するロボット動作指令が目標位置Ｐに到達した際にロボット手先位置が搬送対象物の上空にあるように目標位置Ｐを選定する。これにより、目標位置決定部３は、動作指令生成部４が生成するロボット動作指令が目標位置Ｐに到達した時点で、ロボット６が搬送対象物の上空にあり、且つロボット６の搬送速度も搬送対象物に同期させることができる。

　実施の形態１では、同期指令生成部２が、まず直交座標系で同期指令（ロボット手先の位置指令）を生成し、生成したロボット手先の位置指令をロボット６の各軸の位置指令に変換（逆変換と呼ばれる）する。この逆変換された位置指令が同期指令である。同期指令生成部２が逆変換によって生成した各軸の位置指令は、動作指令生成部４が生成したロボット動作指令に加算される。

　なお、実施の形態１では、トラッキング制御装置５０Ａが、同期指令を逆変換してから同期指令をロボット動作指令に加算したが、逆変換は、後から実行してもよい。すなわち、トラッキング制御装置５０Ａは、動作指令生成部４が生成した直交座標系のロボット動作指令と、直交座標系の同期指令とを直交座標系で加算してから逆変換してもよい。

　実施の形態１では、目標位置決定部３は、ロボット動作指令の目標位置Ｐを決定するために、予めコンベア上の複数の地点Ｐ１～Ｐｋ（ｋは自然数）までのロボットの動作時間ｔａ１～ｔａｋを算出しておく。地点Ｐ１～Ｐｋのうち、地点Ｐ１が最も上流の位置であり、地点Ｐｋが最も下流の位置である。

　目標位置決定部３は、算出したｔａ１～ｔａｋと、Ｐ１～Ｐｋまでのコンベア上の搬送対象物の移動時間ｔｂ１～ｔｂｋとを比較する。目標位置決定部３は、この比較により、ｔａｎ≧ｔｂｎ＋Ｋｔ（ｎは、１～ｋの自然数）を満たす最大のｎを求め、このｎに対応する地点Ｐｎ（図示せず）を目標位置Ｐとして動作指令生成部４に出力する。最大のｎは、動作指令生成部４で生成するロボット動作指令が目標位置Ｐに到達する前に同期指令での速度が搬送装置の速度に到達する地点のうち同期指令の開始が最も遅くなる地点、すなわち、動作指令生成部４で生成するロボット動作指令が目標位置Ｐに到達する前に同期指令での速度が搬送装置の速度に到達する地点のうち合成した動作が動作指令生成部４で生成するロボット動作指令と一致する区間が最も長い地点Ｐｎに対応している。

　なお、実施の形態１の目標位置決定部３は、最大のｎを満たす動作時間に対応する地点を目標位置Ｐに採用したが、ｍ＜ｎ（ｍは自然数）となる地点Ｐｍ（図示せず）を目標位置Ｐとして出力してもよい。

　また、目標位置決定部３は、予めコンベア上の複数地点までの移動時間を算出してから目標位置Ｐを決定する場合に限らず、他の方法によって目標位置Ｐを決定してもよい。目標位置決定部３は、例えば、予め定めたコンベア上の特定地点Ｐ０（図示せず）までのロボット６の動作時間ｔａと、その特定地点Ｐ０までのコンベア上の搬送対象物の移動時間ｔｂとをそれぞれ算出し、ｔａ，ｔｂの比較結果から目標位置Ｐを決定してもよい。目標位置決定部３は、例えばＰ０のｘ座標をＰ０ｘとするとき、Ｐｘ＝Ｐ０ｘ＋（ｔａ－ｔｂ－Ｋｔ－α）×ＶによってＰｘを算出し、算出したＰｘを目標位置Ｐに決定する。ここでのαは、予め定めた定数である。目標位置決定部３は、何らかの演算を行うのではなく、予め定めた地点ＰＡ（図示せず）を記憶しておき、ＰＡを目標位置Ｐとして動作指令生成部４に出力することも可能である。この場合のＰＡは、コンベアの搬送速度、ロボット６の移動速度など、何れの情報に基づいて設定された地点でもよい。

　把持動作制御部７は、動作指令生成部４が生成した位置指令が目標位置Ｐに到達した時刻ｔｒ１と、同期指令の生成開始から加速時間Ｋｔが経過した後の時刻ｔｒ２とのうち、遅い方の時刻に達した時点で把持動作を開始する。すなわち、把持動作制御部７は、位置指令が目標位置Ｐに到達した時刻となっても、同期指令の生成開始から加速時間Ｋｔが経過していなければ、加速時間Ｋｔが経過するまで待ってから把持動作を開始する。また、把持動作制御部７は、同期指令の生成開始から加速時間Ｋｔが経過した時刻となっても、位置指令が目標位置Ｐに到達していなければ、位置指令が目標位置Ｐに到達するまで待ってから把持動作を開始する。

　把持動作は、ロボット手先を下降させ、ハンドの開閉を行う動作である。把持動作の終了時、把持動作の終了後のハンドの上昇動作の終了時、把持動作の終了後の規定時間の経過後、または把持動作の開始から規定時間の経過後の何れかの条件が成立すると、把持動作制御部７は、同期指令生成部２に同期指令の生成終了の指令を送信する。同期指令生成部２は、同期指令の生成終了の指令を受信すると、同期指令の速度指令を０に減速して同期指令を停止する。

　なお、実施の形態１では、把持動作制御部７は、時刻ｔｒ１，ｔｒ２のうちの遅い方の時刻に達した時点で把持動作を開始したが、時刻ｔｒ１，ｔｒ２の遅い方に達してからさらに制御系を考慮した予め定めた時間ｔｃだけ経過した時点で把持動作を開始してもよい。

　また、実施の形態１のトラッキング制御装置５０Ａは、ロボット６の手先が搬送対象物の速度にちょうど同期するように同期指令を生成しているが、厳密な同期が実現できることに限定する必要はなく、把持作業を行う際の許容誤差の範囲で少しずらした速度に合わせることも可能である。なお、許容誤差の範囲で少しずらした速度に合わせることも「同期」と定義する。

　また、実施の形態１では、搬送対象物が直線状にコンベア上を搬送される場合を例にあげて説明したが、トラッキング制御装置５０Ａは、搬送対象物が円弧状に搬送されるシステムにも適用可能である。搬送対象物が直線状にコンベア上を搬送される場合、トラッキング制御装置５０Ａは、加速距離Ｌおよび減速距離を直線状の距離と考えたが、円弧状に搬送されるシステムでは、加速距離Ｌおよび減速距離は円周上での距離として同様の演算を行えばよい。

　このように、実施の形態１のトラッキング制御装置５０Ａは、ロボット動作指令が目標位置Ｐに到達する前から搬送対象物とロボット６との位置および速度の同期を開始する。そして、トラッキング制御装置５０Ａは、ロボット動作指令が目標位置Ｐに到達した時点でロボット６が搬送対象物の上側に位置し、且つ搬送対象物とロボット６との速度を同じにすることで、搬送対象物とロボット６との速度の同期を実現している。これにより、トラッキング制御装置５０Ａは、トラッキング制御を実施する場合であっても把持位置の誤差の抑制と、動作時間の短縮との両立を実現できる。

　つぎに、トラッキング制御装置５０Ａが実行する処理の処理手順について説明する。図４は、実施の形態１にかかるトラッキング制御装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。

　トラッキング制御装置５０Ａの目標位置決定部３は、搬送対象物の搬送位置および搬送速度に基づいて、ロボット６が搬送対象物への作業を実行する際の起点となる目標位置Ｐを決定する（ステップＳ１０）。

　同期開始タイミング決定部１は、目標位置Ｐ、搬送位置、および搬送速度に基づいて、同期制御を開始する同期開始タイミングを決定する（ステップＳ２０）。同期指令生成部２は、同期開始タイミングを示す同期開始指令に基づいて、コンベアの搬送速度に同期するための同期指令を生成する（ステップＳ３０）。この同期指令は、ロボット動作指令によって移動するロボット６の位置が目標位置Ｐに到達するよりも前に同期を開始するための指令である。

　動作指令生成部４は、目標位置Ｐに基づいて、目標位置Ｐまでのロボット６への動作指令であるロボット動作指令を生成する（ステップＳ４０）。なお、ステップＳ４０の処理と、ステップＳ２０，Ｓ３０の処理とは、何れの処理が先に実行されてもよい。

　合成部１５は、軸毎に、同期指令とロボット動作指令とを合成する。同期指令は、ロボット動作指令に対応するロボット６の位置が目標位置Ｐに到達するよりも前に同期を開始するための指令である。したがって、合成部１５が合成した指令はロボット６が目標位置Ｐに到達する前に同期を開始する指令となっている。すなわち、合成部１５は、同期指令とロボット動作指令とを合成することで、ロボット６が目標位置Ｐに到達する前に同期を開始する（ステップＳ５０）。各軸制御部５は、同期指令とロボット動作指令とが合成された動作指令に基づいて、ロボット６の各軸を制御する。このように、トラッキング制御装置５０Ａは、ロボット６が目標位置Ｐに到達する前に同期を開始する。把持動作制御部７は、動作指令生成部４から送られてきた把持動作指令に従って、ロボット手先を制御する。

　上述したようにトラッキング制御装置５０Ａは、コンベア上で搬送される搬送対象物の位置および速度の両方にロボット６の位置および速度を合わせる同期指令を生成するので、ロボット６による把持作業の誤差を低減することができるとともに、ロボット６の動作時間を短縮することができる。

　このように、実施の形態１によれば、トラッキング制御装置５０Ａが、動作指令生成部４で生成する動作指令が目標位置Ｐに到達する前に同期を開始させる同期指令を生成して同期を開始するので、動作指令生成部４で生成する動作指令が目標位置Ｐに到達した時点でロボット６と搬送対象物との位置および速度が一致する。これにより、トラッキング制御装置５０Ａは、動作指令生成部４で生成する動作指令が目標位置Ｐに到達した時点でロボット６に作業を開始させることができるので、ロボット６が作業を開始するまでの時間を短縮することができる。

実施の形態２．
　つぎに、図１を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態２では、トラッキング制御装置５０Ａが、同期指令の速度波形として、矩形波の速度指令を生成する。

　実施の形態２のトラッキング制御装置５０Ａは、同期指令生成部２での速度指令の生成方法が実施の形態１のトラッキング制御装置５０Ａと異なる。このため、実施の形態２では、同期指令生成部２での速度指令の生成方法について説明し、他の説明は省略する。

　実施の形態１のトラッキング制御装置５０Ａが備える同期指令生成部２は、等加速度で加速および減速を行うための同期指令を生成したが、実施の形態２のトラッキング制御装置５０Ａが備える同期指令生成部２は、矩形波の速度指令を内部で生成する。すなわち、実施の形態１では、同期指令生成部２が、台形パターンの速度指令を生成したが、実施の形態２では、同期指令生成部２が、加速時にはステップ状に速度が上昇し、減速時にはステップ状に速度が下降する速度指令を生成する。

　実施の形態２の同期指令生成部２は、矩形波の速度指令を生成し、生成した速度指令を加速時間Ｋｔと同じ長さである窓長Ｋｔの移動平均フィルタに通した結果を速度指令として合成部１５に出力する。すなわち、同期指令生成部２は、同期指令で規定されるロボット６への速度指令を、矩形波の速度指令および移動平均フィルタを用いて生成する。

　このように実施の形態２では、同期指令生成部２が、矩形波の速度指令と移動平均フィルタとで速度指令を生成するので、コンベアの速度が変動する場合であっても容易に同期指令を生成することが可能となる。

実施の形態３．
　つぎに、図５を用いて実施の形態３について説明する。実施の形態３のトラッキング制御装置５０Ａは、ロボット６の各軸の制御系におけるフィードバック制御またはフィードフォワード制御のパラメータ（制御系パラメータ）を用いて、同期開始位置を算出する。

　実施の形態３では、同期開始タイミング決定部での処理が実施の形態１と異なる。このため、実施の形態３では、同期開始タイミング決定部の構成および同期開始位置の算出方法について説明し、他の説明は省略する。

　図５は、実施の形態３にかかるトラッキング制御装置が備える同期開始タイミング決定部の構成を示す図である。図５の各構成要素のうち図３に示す実施の形態１の同期開始タイミング決定部１と同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

　実施の形態３の同期開始タイミング決定部１Ａは、同期開始位置算出部１０Ａと、同期開始位置到達判定部１１とを有している。

　同期開始位置算出部１０Ａは、目標位置決定部３からロボット６の目標位置である目標位置Ｐを受け付け、センサなどの外部装置等からコンベアによる搬送速度を受け付ける。また、同期開始位置算出部１０Ａは、外部装置などから制御系パラメータを受け付ける。

　このように、実施の形態３では、同期開始タイミング決定部１Ａの同期開始位置算出部１０Ａが、目標位置Ｐおよび搬送速度に加えて制御系パラメータを受け付ける点が実施の形態１と異なっている。

　同期開始位置算出部１０Ａは、目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータに基づいて、同期制御を開始する搬送対象物のコンベア上の位置（同期開始位置ＰＳ）を決定する。制御系パラメータは、ロボット６の各軸の制御系における、フィードバック制御またはフィードフォワード制御のパラメータである。

　ロボット６の各軸の制御系では、トラッキング制御に限らず、各軸の制御系で遅れが生じるので、ロボット６の手先は、制御系への指令値から遅れて動作する。例えば、トラッキング制御装置５０Ａが、ロボット６の手先を直線状または円弧状に沿って動作させる場合、フィードバック制御またはフィードフォワード制御のパラメータと、指令値の速度とに応じた遅れをもってロボット６の手先は目標軌道に沿って動作する。そこで、実施の形態３では、予め制御系パラメータおよび搬送速度と、直線または円弧に沿った方向のロボット６の遅れ量Ｌｄとの関係（例えば、表形式で示される対応関係）を同期開始位置算出部１０Ａが記憶しておく。

　なお、同期開始位置算出部１０Ａは、制御系パラメータおよび搬送速度と遅れ量Ｌｄとの対応関係を表形式などで記憶しておく代わりに、制御系パラメータおよび搬送速度と遅れ量Ｌｄとの関係を示す関数を記憶しておいてもよい。制御系パラメータおよび搬送速度と遅れ量Ｌｄとの関係を示す関数は、同期開始位置算出部１０Ａが予め導出しておいてもよいし、他の装置が予め導出して同期開始位置算出部１０Ａに格納してもよい。

　同期開始位置算出部１０Ａは、制御系パラメータおよび搬送速度と遅れ量Ｌｄとの対応関係（表または関数）と、入力された制御系パラメータおよび搬送速度とに基づいて、入力された制御系パラメータおよび搬送速度に対応する遅れ量Ｌｄを導出する。

　さらに、同期開始位置算出部１０Ａは、導出した遅れ量Ｌｄを用いて、同期指令の生成を開始する搬送対象物のコンベア上の同期開始位置ＰＳをＰＳ＝（Ｐｘ－Ｌ－Ｌｄ，Ｐｙ）により算出し、同期開始位置ＰＳを同期開始位置到達判定部１１に同期開始位置として送信する。

　同期開始位置到達判定部１１は、同期開始位置算出部１０Ａから同期開始位置ＰＳを受け付ける。また、同期開始位置到達判定部１１は、時々刻々の搬送位置（位置推定値Ｘｈ）を受け付ける。搬送位置は、搬送対象物がコンベアの上流に設置された撮像部の下部を通過した際に撮像された映像から算出される搬送対象物のコンベア上での位置と、撮像からの経過時間と、撮像後のコンベアに備えられた測定装置であるエンコーダからの出力とに基づいて推定された位置である。

　同期開始位置到達判定部１１は、Ｐｘ－Ｌ－ＬｄとＸｈとを比較し、Ｘｈ≧Ｐｘ－Ｌ－Ｌｄとなった時点で同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。

　このように実施の形態３では、トラッキング制御装置５０Ａが制御系パラメータを用いて、同期開始位置を算出する。すなわち、同期開始タイミング決定部１Ａが、制御系の遅れを考慮して同期開始タイミングを決定する。したがって、トラッキング制御装置５０Ａは、制御系の遅れの影響を抑制し、制御系の遅れによるロボット６の把持誤差を低減した高精度なトラッキング制御を実現することができる。

実施の形態４．
　つぎに、図６を用いて実施の形態４について説明する。実施の形態４のトラッキング制御装置は、ロボット６の各軸に作用する許容トルクの最大値および最小値を超えない範囲で最短となる加速時間および減速時間を算出し、算出した加減速パラメータを用いてロボット動作指令を生成する。

　図６は、実施の形態４にかかるトラッキング制御装置の構成を示す図である。図６の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のトラッキング制御装置５０Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。実施の形態４の搬送システムは、トラッキング制御装置５０Ｂと、ロボット６と、コンベアといった搬送装置（図示せず）とを具備している。

　トラッキング制御装置５０Ｂは、トラッキング制御装置５０Ａが備える構成要素に加えて、同期考慮加減速決定部８を備えている。トラッキング制御装置５０Ｂの目標位置決定部３は、目標位置Ｐを、動作指令生成部４、同期開始タイミング決定部１、および同期考慮加減速決定部８に送る。

　同期考慮加減速決定部８は、目標位置決定部３から目標位置Ｐを受け付ける。また、同期考慮加減速決定部８は、ロボット動作指令に合成される同期指令（速度パターン）のパラメータ、すなわち同期指令の等速区間の速度および加減速に関するパラメータを予め記憶しておく。

　同期考慮加減速決定部８は、目標位置Ｐおよびロボット動作指令に合成される同期指令に基づいて、ロボット６の各軸に対する制約を満たす範囲内で加減速パラメータを決定する。加減速パラメータは、動作指令生成部４で生成するロボット動作指令の加速および減速に用いるパラメータである。加減速パラメータは、例えば、ロボット６が同期指令に従って同期処理を実行する際の加速時間および減速時間である。同期考慮加減速決定部８が決定する加速時間および減速時間は、同期動作の影響を考慮して決定されるロボット６の各軸に作用するトルクの許容値（許容トルク）を満たす範囲内で最短となる加速時間および減速時間である。

　同期考慮加減速決定部８は、決定した加減速パラメータを動作指令生成部４に送る。動作指令生成部４は、同期考慮加減速決定部８が決定した加減速パラメータを用いてロボット動作指令を生成する。

　図７は、実施の形態４にかかるトラッキング制御装置がトルクを算出する地点を説明するための図である。同期考慮加減速決定部８は、コンベア３２上で同期動作を実施する可能性のある区間の長さ（距離ＳＬ）を予め定めておく。

　つぎに、同期考慮加減速決定部８は、目標位置決定部３が決定した目標位置Ｐから、同期指令生成部２が生成した同期指令（例えば、図２に示す同期指令）の速度パターンでコンベア３２の進行方向に沿って搬送対象物を動作させる場合のロボット６の各軸に作用するトルクを算出する。具体的には、同期考慮加減速決定部８は、動作開始時（目標位置Ｐで速度０）の各軸のトルクτａと、加速終了時（目標位置ＰからＸ軸方向にＬだけ移動した地点ＴＰ０で速度はコンベア３２の動作方向にＶ）の各軸のトルクτｂと、等速区間に入ってからＸ軸方向に目標位置Ｐから距離ＳＬだけ離れた地点ＴＰ１に到達するまでの予め定められた各地点でのトルクτｃ１～τｃＫ（Ｋは自然数）を算出する。

　同期考慮加減速決定部８は、例えば、地点ＴＰ０から先の地点ＴＰ１までの間に予め定めた点数が図７のように４点である場合には、この４点におけるトルクτｃ１～τｃ４を算出する。ロボット６が６軸ロボットの場合、トルクτａ，τｂ，τｃ１～τｃ４は、何れも６要素のベクトルとなる。

　つぎに、同期考慮加減速決定部８は、トルクτａ，τｂ，τｃ１～τｃ４の各軸成分の最大値τｓｉ_max、最小値τｓｉ_minを求める。ここでのｉは、軸数であり、ロボット６が６軸ロボットの場合、ｉは１～６の自然数である。例えば、１軸目の最大値であればτｓ１_max、３軸目の最小値であればτｓ３_minである。また、同期考慮加減速決定部８は、算出したτｓｉ_maxがτｓｉ_max＜０となる場合は、τｓｉ_max＝０とする。また、同期考慮加減速決定部８は、τｓｉ_min＞０の場合は、τｓｉ_min＝０とする。

　同期の影響を考慮しない場合、動作指令生成部４は、各軸の＋方向の許容最大トルクτｉ_maxおよび－方向の許容最大トルク－τｉ_maxを超えない範囲で最短となる加速時間Ｋｔ０および減速時間ｇｔ０を算出し、加速時間Ｋｔ０および減速時間ｇｔ０を用いてロボット動作指令を生成すればよい。

　同期の影響を考慮する実施の形態４では、同期考慮加減速決定部８が、各軸の許容最大値を同期の影響を考慮した値に修正してから加減速時間を算出する。具体的には、同期考慮加減速決定部８が、各軸の同期の影響を考慮した＋方向の許容最大トルクτｚｉ_maxをτｚｉ_max＝τｉ_max－τｓｉ_maxで算出し、－方向の許容最大トルクτｚｉ_minをτｚｉ_min＝－τｉ_max－τｓｉ_minで算出する。

　同期考慮加減速決定部８は、各軸のトルクがτｚｉ_maxおよびτｚｉ_minを超えない範囲で最短となる加速時間Ｋｔ１、減速時間ｇｔ１を算出する。すなわち、同期考慮加減速決定部８は、τｚｉ_maxに基づいてτｚｉ_maxを超えない加速時間Ｋｔ１を決定し、τｚｉ_minに基づいてτｚｉ_minを超えない減速時間ｇｔ１を決定する。同期考慮加減速決定部８は、加速時間Ｋｔ１および減速時間ｇｔ１を、動作指令生成部４へ加減速パラメータとして送信する。

　動作指令生成部４は、加速時間Ｋｔ１および減速時間ｇｔ１を受信する。動作指令生成部４は、受信した加速時間Ｋｔ１および減速時間ｇｔ１を用いてロボット動作指令を生成する。

　なお、実施の形態４では、同期考慮加減速決定部８が、τｚｉ_maxに基づいて加速時間Ｋｔ１を決定し、τｚｉ_minに基づいて減速時間ｇｔ１を決定する場合を例に挙げて説明したが、同期考慮加減速決定部８は他の方法によって加速時間Ｋｔ１および減速時間ｇｔ１を決定してもよい。同期考慮加減速決定部８は、例えば、τｉ_maxおよび－τｉ_maxを超えない範囲で加速時間Ｋｔ１を算出し、τｚｉ_maxおよびτｚｉ_minを超えない範囲で減速時間ｇｔ１を算出してもよい。

　このように、同期考慮加減速決定部８は、許容トルクの最大値および最小値を超えない範囲で最短となる加速時間Ｋｔ１および減速時間ｇｔ１を算出する。許容トルクの最大値および最小値については、上述したように同期の影響を考慮した値とする。

　同期考慮加減速決定部８は、同期指令を加算する前の指令として加減速時間の算出を行う。加減速時間の算出方法は、何れの方法が適用されてもよい。同期考慮加減速決定部８は、ロボット６の動特性を考慮して許容トルクを超えない範囲で最短となる加速時間Ｋｔ１および減速時間ｇｔ１を算出する方式であれば、何れの方式で加速時間Ｋｔ１および減速時間ｇｔ１を算出してもよい。

　このように実施の形態４のトラッキング制御装置５０Ｂは、許容トルクの最大値および最小値を超えない範囲で最短となる加速時間および減速時間を算出し、算出した加減速パラメータを用いてロボット動作指令を生成している。これにより、トラッキング制御装置５０Ｂは、ロボット動作指令に同期指令を加算してロボット６を動作させる場合にも、許容トルクの制限を満たしながら高速な動作によって動作時間を短縮することが可能となる。

実施の形態５．
　つぎに、図８および図９を用いて実施の形態５について説明する。実施の形態５のトラッキング制御装置は、ロボット手先が物体と干渉しない領域に到達し、且つ搬送対象物が同期開始位置に到達すると、同期指令を開始する。

　図８は、実施の形態５にかかるトラッキング制御装置の構成を示す図である。図８の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のトラッキング制御装置５０Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。実施の形態５の搬送システムは、トラッキング制御装置５０Ｃと、ロボット６と、コンベア３２（図８では図示せず）といった搬送装置とを具備している。

　トラッキング制御装置５０Ｃは、トラッキング制御装置５０Ａが備える構成要素に加えて、干渉影響判定部９を備えている。干渉影響判定部９は、動作指令生成部４から時々刻々のロボット動作指令を受け付ける。

　干渉影響判定部９は、ロボット動作指令に同期指令を加算してもロボット６と搬送対象物とが干渉する可能性がない領域（後述する干渉考慮不要領域Ａ１）と、ロボット動作指令とに基づいて、ロボット手先が干渉考慮不要領域Ａ１に到達したか否かを判定する。干渉影響判定部９は、ロボット手先が干渉考慮不要領域Ａ１に到達したか否かを示す情報を同期開始タイミング決定部１に送る。

　実施の形態５のトラッキング制御装置５０Ｃが備える同期開始タイミング決定部１は、ロボット手先が干渉考慮不要領域Ａ１に到達し、且つ搬送対象物が同期開始位置に到達すると、同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。

　トラッキング制御装置５０Ｃは、トラッキング制御装置５０Ａと比較して、干渉影響判定部９を備えていることと、同期開始タイミング決定部１、同期指令生成部２、および把持動作制御部７が実行する処理とが異なる。以下では、トラッキング制御装置５０Ｃが実行する処理と、トラッキング制御装置５０Ａが実行する処理との相違点を主に説明する。

　図９は、実施の形態５にかかるトラッキング制御装置が同期開始タイミングを決定する際に用いる干渉考慮不要領域を説明するための図である。図９では、ロボット６が作業を実行する搬送対象物を搬送対象物３１として図示している。

　干渉考慮不要領域Ａ１は、ロボット動作指令に同期指令を加算しても、ロボット６と物体（ロボット６とコンベア３２との間にある機器やセンサなどの図示していない障害物など）との間で干渉が発生する恐れがない領域である。干渉考慮不要領域Ａ１には、搬送対象物３１が通過する領域が含まれている。

　干渉影響判定部９は、図９に示すような干渉考慮不要領域Ａ１を予め記憶しておく。干渉影響判定部９は、動作指令生成部４が生成する時々刻々のロボット動作指令を受け付ける。干渉影響判定部９は、ロボット動作指令に対応するロボット手先の位置が干渉考慮不要領域Ａ１に到達したか否かを判定する。

　干渉影響判定部９は、ロボット手先の位置が干渉考慮不要領域Ａ１に到達するまでは未到達であることを示す情報（例えば、「０」）を同期開始タイミング決定部１に出力する。干渉影響判定部９は、ロボット手先の位置が干渉考慮不要領域Ａ１に到達してからは到達したことを示す情報（例えば、「１」）を同期開始タイミング決定部１に出力する。

　同期開始タイミング決定部１の同期開始位置到達判定部１１は、実施の形態１と同様に搬送対象物３１が同期開始位置に到達したか否かを判定する。実施の形態５の同期開始タイミング決定部１は、搬送対象物３１が同期開始位置に到達しても干渉影響判定部９からの出力が「０」の場合、すなわち未到達であることを示す情報を受け付けている場合は、同期開始指令を同期指令生成部２に出力しない。

　同期開始タイミング決定部１は、搬送対象物３１が同期開始位置に到達し、且つ干渉影響判定部９からの出力が「１」の場合、同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。同期開始タイミング決定部１は、搬送対象物３１が同期開始位置に到達した時に干渉影響判定部９からの出力が既に「１」になっていた場合は直ちに同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。すなわち、同期開始タイミング決定部１は、干渉影響判定部９からの出力が「１」になっている場合、搬送対象物３１が同期開始位置に到達した時点で同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。

　このように、同期開始タイミング決定部１は、ロボット手先の位置が干渉考慮不要領域Ａ１に到達し、且つ搬送対象物３１が同期開始位置に到達すると、同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。

　同期指令生成部２は、干渉が考慮されたことにより同期開始指令の出力が所望のタイミングから遅れる場合がある。この場合において、トラッキング制御装置５０Ｃが、同期指令生成部２で生成された同期指令をそのまま用いると、同期の開始が遅れた分だけロボット手先の位置がずれる。このため、同期指令生成部２は、ずれた位置を補正した同期指令を出力する。例えば、同期開始タイミング決定部１が出力する同期開始指令の所望のタイミングからの遅れをＫｄとすると、タイミングが遅れたことにより、搬送対象物３１は、Ｌｃ＝Ｋｄ×Ｖだけ進んだ位置に移動している。このため、同期指令生成部２は、（Ｐｘ，Ｐｙ）を始点とし、（Ｐｘ＋Ｌｃ，Ｐｙ）へ加速時間Ｋｔで移動する指令（以下、補正指令という）を生成する。同期指令生成部２は、タイミングが遅れていない元々の同期指令に（Ｐｘ＋Ｌｃ，Ｐｙ）へ加速時間Ｋｔで移動する補正指令を重畳した結果を補正後の同期指令として合成部１５に送る。

　同期指令生成部２は、上述した補正指令を重畳した結果を同期指令として出力すると許容トルクの最大値または最小値を超過することが予想される場合には、許容トルクの最大値または最小値を超過せずに位置（Ｐｘ＋Ｌｃ，Ｐｙ）まで到達することができる到達時間Ｋｔ２を算出する。この場合、同期指令生成部２は、タイミングが遅れていない元々の同期指令に（Ｐｘ＋Ｌｃ，Ｐｙ）へ到達時間Ｋｔ２で移動する補正指令を重畳した結果を同期指令として合成部１５に送る。

　把持動作制御部７は、動作指令生成部４が生成した位置指令が目標位置Ｐに到達した時刻ｔｒ１と、同期指令の生成開始から加速時間Ｋｔが経過した後の時刻ｔｒ２とのうち、遅い方の時刻に達した時点で把持動作を開始する。

　また、把持動作制御部７は、（Ｐｘ＋Ｌｃ，Ｐｙ）への到達時間が加速時間Ｋｔより長い到達時間Ｋｔ２の場合、動作指令生成部４が生成した位置指令が目標位置Ｐに到達した時刻ｔｒ１と、同期指令の生成開始から到達時間Ｋｔ２が経過した後の時刻ｔｒ３とのうち、遅い方の時刻に達した時点で把持動作を開始する。

　このように、実施の形態５のトラッキング制御装置５０Ｃは、同期開始タイミング決定部１が干渉影響判定部９からの出力を考慮して同期指令開始のタイミングを決定している。すなわち、トラッキング制御装置５０Ｃの同期開始タイミング決定部１は、ロボット手先の位置が干渉考慮不要領域Ａ１に到達し、且つ搬送対象物３１が同期開始位置に到達すると、同期開始指令を同期指令生成部２に出力する。これにより、トラッキング制御装置５０Ｃは、干渉の発生の防止と、ロボット６と搬送対象物３１との位置および速度の同期と、ロボット６の動作時間の短縮とを実現することが可能となる。

実施の形態６．
　つぎに、図１０を用いて実施の形態６について説明する。実施の形態６のトラッキング制御装置５０Ａは、目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータと、遅れ量Ｌｄとの対応関係を学習しておき、ロボット６を制御する際には、目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータに基づいて遅れ量Ｌｄを推論する。

　実施の形態６のトラッキング制御装置５０Ａは、同期開始タイミング決定部１Ａが、学習部を有している。実施の形態６のトラッキング制御装置５０Ａと、実施の形態３のトラッキング制御装置５０Ａとは、同期開始タイミング決定部１Ａで実行される処理が異なる。実施の形態６の同期開始タイミング決定部１Ａは、実施の形態３の同期開始タイミング決定部１Ａと比較して、入力された目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータから導出する遅れ量Ｌｄの導出方法が異なる。以下では、主に遅れ量Ｌｄの導出方法について説明する。

　図１０は、実施の形態６にかかるトラッキング制御装置が備える学習部の構成を示す図である。トラッキング制御装置５０Ａが備える学習部（学習装置）２１は、例えば、同期開始タイミング決定部１Ａ内に配置される。なお、学習部（学習装置）２１は、学習および推論の両方を実施する。

　第１の学習部である学習部２１は、神経回路網（ニューラルネットワーク）を備えており、目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータの組み合わせと、遅れ量Ｌｄとの対応関係（第１の対応関係）を予め学習しておく。学習部２１は、学習の際には、目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータを神経回路網の入力とし、入力時の目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータに対応する遅れ量Ｌｄを神経回路網の出力（教師信号）として、神経回路網の学習を実行する。

　学習した神経回路網は、同期開始位置算出部１０Ａ内に格納される。トラッキング制御装置５０Ａが、実際にロボット６を動作させる際には、学習部２１は、神経回路網に入力された、目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータに対応する遅れ量Ｌｄを神経回路網から出力する。同期開始位置算出部１０Ａは、神経回路網から出力された遅れ量Ｌｄを用いて、同期指令の生成を開始する搬送対象物のコンベア３２上の同期開始位置ＰＳをＰＳ＝（Ｐｘ－Ｌ－Ｌｄ，Ｐｙ）により算出し、同期開始位置ＰＳを同期開始位置到達判定部１１に同期開始位置として送信する。このように、実施の形態６では、学習部２１が、トラッキング制御を行う際のパラメータの１つである遅れ量Ｌｄを、神経回路網を用いて導出している。

　なお、学習部２１は、何れの位置に配置されてもよい。学習部２１は、トラッキング制御装置５０Ａの内部に配置されてもよいし、外部に配置されてもよい。学習部２１は、例えば、サーバに配置されてもよい。

　ここで、学習部２１の詳細について説明する。学習部２１は、目標位置Ｐ、搬送速度、および制御系パラメータの組み合わせ（以下、組み合わせ情報という場合がある）と、この組み合わせ情報（第１の組み合わせ情報）に対応する遅れ量Ｌｄとを取得する。学習部２１が取得する遅れ量Ｌｄは、実施の形態３の同期開始位置算出部１０Ａが算出した遅れ量Ｌｄであってもよいし、他の装置が算出した遅れ量Ｌｄであってもよい。

　学習部２１は、組み合わせ情報および遅れ量Ｌｄの組み合わせに基づいて作成される学習用データに基づいて、組み合わせ情報に対応する遅れ量Ｌｄを学習する。換言すると、学習部２１は、学習用データに基づいて、組み合わせ情報の場合の遅れ量Ｌｄを学習する。すなわち、学習部２１は、組み合わせ情報から遅れ量Ｌｄを推論する学習済モデル（神経回路網など）を生成する。ここで、学習用データは、組み合わせ情報および遅れ量Ｌｄが互いに関連付けられたデータである。学習部２１は、生成した学習済モデルを記憶しておく。

　学習部２１は、例えば、神経回路網モデルに従って、いわゆる教師あり学習により、組み合わせ情報に対応する遅れ量Ｌｄを学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果（ラベル）とのデータの組（学習用データ）を学習部２１に与えることで、これらの学習用データに含まれる特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。

　神経回路網は、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる中間層（隠れ層）、および複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、１層であってもよいし２層以上であってもよい。

　例えば、３層の神経回路網であれば、複数の入力データが入力層に入力されると、その値に重みが掛けられて中間層に入力される。そして、その結果にさらに重みが掛けられて出力層から出力される。この出力結果は、重みの値によって変わる。

　図１０の学習部２１が用いる神経回路網は、組み合わせ情報と、遅れ量Ｌｄとの組み合わせに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、組み合わせ情報に対応する遅れ量Ｌｄを学習する。換言すると、学習部２１が用いる神経回路網は、取得される第１の入力と第２の入力（正解）との組み合わせに基づいて作成される組み合わせ情報および遅れ量Ｌｄに従って、いわゆる教師あり学習により、組み合わせ情報に対応する遅れ量Ｌｄを学習する。

　すなわち、神経回路網は、第１の入力である組み合わせ情報を入力して出力層から出力された結果が、第２の入力（正解）に近づくように重みを調整することで学習する。具体的には、神経回路網は、入力層に、組み合わせ情報を入力して出力層から出力された結果が、遅れ量Ｌｄに近づくように重みを調整することで学習する。

　神経回路網は、組み合わせ情報と遅れ量Ｌｄとの対応関係を学習することで、組み合わせ情報が入力された場合に適切な遅れ量Ｌｄを出力することができる学習済モデルを生成する。このように、学習部２１は、組み合わせ情報を入力とした場合に正解である遅れ量Ｌｄを出力することができる学習済モデルを学習する。学習部２１は、以上のような学習を実行することで、神経回路網で示される学習済モデルを生成し、神経回路網を記憶しておく。

　学習部２１は、遅れ量Ｌｄを推論する際には、組み合わせ情報を取得する。学習部２１は、実際のロボット６の制御が行われる際には、学習済の神経回路網である学習済モデルを用いて、組み合わせ情報に対応する遅れ量Ｌｄを推論する。すなわち、学習部２１は、学習済モデルに組み合わせ情報を入力することで、組み合わせ情報から推論される適切な遅れ量Ｌｄを出力することができる。

　このように、組み合わせ情報と、遅れ量Ｌｄとの組み合わせが学習時に用いられるデータであり、組み合わせ情報が推論時に用いられるデータである。実施の形態６のトラッキング制御装置５０Ａは、組み合わせ情報と、遅れ量Ｌｄとの組み合わせに基づいて学習済モデルを学習し、その後、組み合わせ情報を学習済モデルに適用することで遅れ量Ｌｄを推論する。これにより、実施の形態６のトラッキング制御装置５０Ａは、学習済モデルを学習した後は、学習済モデルを用いて遅れ量Ｌｄを推論することが可能となる。

　なお、実施の形態６では、学習部２１が、学習済モデルを生成し、学習済モデルを用いて適切な遅れ量Ｌｄを出力する場合について説明したが、学習部２１は、他の学習部から学習済モデルを取得してもよい。この場合、学習部２１は、他の学習部等から取得した学習済モデルに基づいて適切な遅れ量Ｌｄを出力する。

　また、トラッキング制御装置５０Ａは、組み合わせ情報を、目標位置Ｐおよび搬送速度とし、組み合わせ情報に制御系パラメータを含めなくてもよい。すなわち、トラッキング制御装置５０Ａは、目標位置Ｐおよび搬送速度の組み合わせと、遅れ量Ｌｄとの対応関係を学習しておき、ロボット６を制御する際には、目標位置Ｐおよび搬送速度に基づいて遅れ量Ｌｄを推論してもよい。

　このように実施の形態６によれば、学習部２１が、組み合わせ情報と、遅れ量Ｌｄとの対応関係を学習しておき、ロボット６を制御する際には組み合わせ情報に基づいて遅れ量Ｌｄを推論するので、同期開始位置算出部１０Ａは、適切な同期開始位置を正確に算出できる。これにより、トラッキング制御装置５０Ａは、制御系の遅れの影響を高精度に補正できる。

実施の形態７．
　つぎに、図１１を用いて実施の形態７について説明する。実施の形態７のトラッキング制御装置５０Ａは、ロボット６の動作開始位置、搬送速度、および搬送対象物のコンベア３２上の位置である対象物位置と、目標位置Ｐとの対応関係を学習しておき、ロボット６を制御する際には、動作開始位置、搬送速度、および対象物位置に基づいて目標位置Ｐを推論する。

　実施の形態７のトラッキング制御装置５０Ａは、目標位置決定部３が、学習部を有している。実施の形態７のトラッキング制御装置５０Ａと、実施の形態３のトラッキング制御装置５０Ａとは、目標位置決定部３で実行される処理が異なる。

　図１１は、実施の形態７にかかるトラッキング制御装置が備える学習部の構成を示す図である。トラッキング制御装置５０Ａが備える学習部（学習装置）２２は、例えば、目標位置決定部３内に配置される。

　第２の学習部である学習部２２は、神経回路網（ニューラルネットワーク）を備えており、動作開始位置、搬送速度、および対象物位置の組み合わせと、目標位置Ｐとの対応関係（第２の対応関係）を予め学習しておく。すなわち、実施の形態７では、動作開始位置、搬送速度、および対象物位置の組み合わせが組み合わせ情報（第２の組み合わせ情報）である。

　組み合わせ情報と目標位置Ｐとの対応関係が学習される際には、動作開始位置、搬送速度、および対象物位置の組み合わせのそれぞれに対して最も作業時間が短くなる目標位置Ｐが、シミュレータを用いて繰り返し計算される。

　学習部２２は、動作開始位置、搬送速度、および対象物位置を神経回路網の入力とし、入力した動作開始位置、搬送速度、および対象物位置に対応する最も作業時間が短くなる目標位置Ｐを神経回路網の出力（教師信号）として、神経回路網の学習を実行する。

　学習した神経回路網は、目標位置決定部３内に格納される。トラッキング制御装置５０Ａが、実際にロボット６を動作させる際には、学習部２２は、神経回路網に入力された、動作開始位置、搬送速度、および対象物位置に対応する目標位置Ｐを神経回路網から出力する。目標位置決定部３は、神経回路網から出力された目標位置Ｐを同期開始タイミング決定部１および動作指令生成部４に送る。このように、実施の形態７では、学習部２２が、トラッキング制御を行う際のパラメータとみなせる目標位置Ｐを、神経回路網を用いて導出している。

　このように、学習部２２は、学習部２１とは、学習の際に入力する情報および出力する情報が異なるが、学習部２２による学習処理は学習部２１と同様である。また、学習部２２は、学習部２１とは、推論の際に入力する情報および出力する情報が異なるが、学習部２２による推論処理は学習部２１と同様である。

　なお、学習部２２は、何れの位置に配置されてもよい。学習部２２は、トラッキング制御装置５０Ａの内部に配置されてもよいし、外部に配置されてもよい。学習部２２は、例えば、サーバに配置されてもよい。

　このように実施の形態７では、学習部２２が、動作開始位置、搬送速度、および対象物位置と、目標位置Ｐとの対応関係を学習しておき、ロボット６を制御する際には動作開始位置、搬送速度、および対象物位置に基づいて目標位置Ｐを推論している。これにより、目標位置決定部３は、適切な目標位置Ｐを正確に算出できるので、トラッキング制御装置５０Ａは、ロボット６による把持誤差をさらに低減し、ロボット６の動作時間をさらに短縮することが可能となる。

　ここで、トラッキング制御装置５０Ａ～５０Ｃのハードウェア構成について説明する。トラッキング制御装置５０Ａ～５０Ｃは、処理回路により実現される。この処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。

　図１２は、実施の形態１～７にかかるトラッキング制御装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図である。なお、トラッキング制御装置５０Ａ～５０Ｃは、同様のハードウェア構成を有しているので、ここでは、トラッキング制御装置５０Ａのハードウェア構成について説明する。

　図１２に示す処理回路９０は制御回路であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、トラッキング制御装置５０Ａの処理が結果的に実行されることになる制御プログラムを格納するためのメモリ９２を備える。この制御プログラムは、処理回路９０により実現される各機能をトラッキング制御装置５０Ａに実行させるためのプログラムであるともいえる。この制御プログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。

　ここで、プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などである。また、メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。

　図１３は、実施の形態１～７にかかるトラッキング制御装置が備える処理回路を専用のハードウェアで実現する場合の処理回路の例を示す図である。図１３に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。

　処理回路９０，９３については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路９０，９３は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

　なお、同期開始タイミング決定部１、同期指令生成部２、目標位置決定部３、動作指令生成部４、各軸制御部５、把持動作制御部７、および合成部１５は、別々の処理回路により実現されてもよい。

　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　同期開始タイミング決定部、２　同期指令生成部、３　目標位置決定部、４　動作指令生成部、５　各軸制御部、６　ロボット、７　把持動作制御部、８　同期考慮加減速決定部、９　干渉影響判定部、１０，１０Ａ　同期開始位置算出部、１１　同期開始位置到達判定部、１５　合成部、２１，２２　学習部、３１　搬送対象物、３２　コンベア、５０Ａ～５０Ｃ　トラッキング制御装置、９０，９３　処理回路、９１　プロセッサ、９２　メモリ、Ａ１　干渉考慮不要領域、Ｐ　目標位置、Ｐ０　特定地点、Ｐ１～Ｐｋ，Ｐｍ，Ｐｎ，ＰＡ，ＴＰ０，ＴＰ１　地点、ＰＳ　同期開始位置。

Claims

　搬送対象物に対して作業を実行するメカニカルシステムの動作を前記搬送対象物を搬送する搬送装置の動作に同期させる同期指令を、前記搬送対象物の搬送速度に基づいて決定された前記同期を開始させるタイミングである同期開始タイミングに基づいて生成する同期指令生成部と、
　前記メカニカルシステムの目標位置までの指令であるメカニカルシステム動作指令を生成する動作指令生成部と、
　前記同期指令と前記メカニカルシステム動作指令とを合成して合成指令を生成し、生成した前記合成指令を出力する合成部と、
　を備え、
　前記同期指令生成部は、前記メカニカルシステムが前記目標位置に到達する前に前記同期を開始させる前記同期指令を生成する、
　ことを特徴とするトラッキング制御装置。
　前記目標位置、前記搬送対象物の位置、および前記搬送速度に基づいて、前記同期開始タイミングを決定する同期開始タイミング決定部をさらに備える、
　ことを特徴とする請求項１に記載のトラッキング制御装置。
　前記同期開始タイミング決定部は、前記搬送対象物が前記目標位置から予め定められた特定距離だけ前の位置である同期開始位置に到達した時点を、前記同期を開始させるタイミングである前記同期開始タイミングに決定し、前記同期開始タイミングを示す同期開始指令を前記同期指令生成部に出力し、
　前記同期指令生成部は、前記同期開始指令を受け付けると前記同期指令を生成する、
　ことを特徴とする請求項２に記載のトラッキング制御装置。
　前記同期開始タイミング決定部は、前記同期する際に前記メカニカルシステムが加速する時間と速度との積に基づいて算出された距離を前記特定距離に決定し、前記特定距離に基づいて前記同期開始位置を決定する、
　ことを特徴とする請求項３に記載のトラッキング制御装置。
　前記同期指令生成部は、前記同期指令で規定する前記メカニカルシステムへの速度指令を、矩形波の速度指令および移動平均フィルタを用いて生成する、
　ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載のトラッキング制御装置。
　前記同期開始タイミング決定部は、前記メカニカルシステムの制御系で用いられる制御系パラメータに基づいて、前記同期開始位置を決定する、
　ことを特徴とする請求項４に記載のトラッキング制御装置。
　前記メカニカルシステムが前記同期指令に従って前記同期する際の加速および減速のパラメータである加減速パラメータを決定する加減速決定部をさらに備え、
　前記加減速決定部は、前記メカニカルシステム動作指令に合成される前記同期指令に基づいて、前記メカニカルシステムの各軸に対する制約を満たす範囲内で前記加減速パラメータを決定し、
　前記動作指令生成部は、前記加減速パラメータに基づいて、前記メカニカルシステム動作指令を生成する、
　ことを特徴とする請求項１から６の何れか１つに記載のトラッキング制御装置。
　前記同期開始タイミング決定部は、前記メカニカルシステムが物体に干渉する可能性がない領域である干渉考慮不要領域に前記メカニカルシステムが到達し、かつ前記メカニカルシステムが前記同期開始位置に到達したタイミングを前記同期開始タイミングに設定する、
　ことを特徴とする請求項３に記載のトラッキング制御装置。
　前記制御系パラメータ、前記目標位置、および前記搬送速度の組み合わせである第１の組み合わせ情報と、前記メカニカルシステムの動作の遅れ量との対応関係である第１の対応関係を学習する第１の学習部をさらに備え、
　前記第１の学習部は、前記第１の組み合わせ情報を受け付けると、前記第１の対応関係を用いて、前記第１の組み合わせ情報に対応する前記遅れ量を推論し、
　前記同期開始タイミング決定部は、推論された前記遅れ量に基づいて、前記同期開始位置を決定する、
　ことを特徴とする請求項６に記載のトラッキング制御装置。
　前記メカニカルシステムの動作開始位置、前記搬送速度、および前記搬送対象物の前記搬送装置上の位置である対象物位置の組み合わせである第２の組み合わせ情報と、前記目標位置との対応関係である第２の対応関係を学習する第２の学習部をさらに備え、
　前記第２の学習部は、前記第２の組み合わせ情報を受け付けると、前記第２の対応関係を用いて、前記第２の組み合わせ情報に対応する前記目標位置を推論する、
　ことを特徴とする請求項１から９の何れか１つに記載のトラッキング制御装置。
　トラッキング制御装置が、搬送対象物に対して作業を実行するメカニカルシステムの動作を前記搬送対象物を搬送する搬送装置の動作に同期させる同期指令を、前記搬送対象物の搬送速度に基づいて決定された前記同期を開始させるタイミングである同期開始タイミングに基づいて生成する同期指令生成ステップと、
　前記トラッキング制御装置が、前記メカニカルシステムの目標位置までの指令であるメカニカルシステム動作指令を生成する動作指令生成ステップと、
　前記トラッキング制御装置が、前記同期指令と前記メカニカルシステム動作指令とを合成して合成指令を生成し、生成した前記合成指令を出力する合成ステップと、
　を含み、
　前記同期指令生成ステップでは、前記トラッキング制御装置が、前記メカニカルシステムが前記目標位置に到達する前に前記同期を開始させる前記同期指令を生成する、
　ことを特徴とするトラッキング制御方法。