CN116997441A - 机器人控制装置、机器人控制程序及机器人控制方法 - Google Patents

Abstract

取得与测量出的对象物体的位置及姿态相对应的参照轨道(202)及分支点(204)，将测量出的对象物体的位置及姿态设定为终点(Pe)，直接使用取得的参照轨道(202)而生成从起点(Ps)至分支点(204)为止的机器人(101)的动作轨道即第1动作轨道，进行第1运算而生成从分支点(204)至终点(Pe)为止的机器人(101)的动作轨道即第2动作轨道，按照包含第1动作轨道及第2动作轨道在内的动作指令对机器人(101)进行驱动控制。

Description

机器人控制装置、机器人控制程序及机器人控制方法

技术领域

本发明涉及使多关节机器人从起点向终点移动的机器人控制装置、机器人控制程序及机器人控制方法。

背景技术

在使机器人从起点至终点为止进行动作的通常的点对点控制中，为了减少作业实施中的处理、提高运算速度，有时在作业实施前生成考虑到与机器人主体及周边环境相关的限制的动作指令。另外，为了提高生产率，在作业实施前生成轨道时，希望生成将定量地对动作时间等生产率进行表现的评价值收敛于一定的范围内的轨道。在机器人作业的对象物体的位置及姿态没有被固定的情况下，需要与对象物体的实际的位置及姿态相应地生成动作轨道。为了生成满足全部限制的动作轨道会花费计算时间，因此广泛地进行了使用已经生成完成的动作轨道的信息将轨道生成所花费的时间缩短的措施。

在专利文献1所记载的技术中，设想出下述情况，即，预先生成了以某顺序经过多个作业区域而进行作业的动作轨道。动作轨道被分割为多个作业区域区间。在由于周边障碍物的配置或者形状变化而判断为动作轨道的一部分会与障碍物发生干涉时，仅针对会发生干涉的作业区域区间而再生成轨道。

专利文献1：日本专利第6560841号公报

发明内容

在专利文献1中，能够对会发生干涉的特定的作业区域区间的轨道进行变更，但成为变更对象的区间在判定为会发生与障碍物的干涉的区间被固定。但是，在对象物体的位置及姿态不同时，如果没有适当设定成为变更对象的区间，则有时在考虑与没有变更的区间的连接时评价值会超过能够容许的范围而恶化。例如，在与事先生成的轨道相比需要使机器人的指尖大幅倾斜的情况下，如果变更对象的区间短，则需要等待指尖的变更动作的等待时间，动作时间有可能变长。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到即使在对象物体的位置及姿态发生波动的情况下，也能够缩短生成评价值处于一定的范围内的轨道的时间的机器人控制装置。

为了解决上述课题，并达到目的，本发明中的机器人控制装置使机器人的末端执行器从起点移动至终点为止，针对位置及姿态没有被固定的对象物体而执行预先设定的任务。机器人控制装置具有：存储部，其与对象物体可取得的多个位置及姿态的组各自相对应地对参照轨道及分支点进行存储；测量部，其在任务执行时，对对象物体的位置及姿态进行测量；个别轨道生成部，其从存储部取得与测量出的对象物体的位置及姿态相对应的参照轨道及分支点，将测量出的对象物体的位置及姿态设定为终点，使用取得的参照轨道而生成从起点至分支点为止的机器人的动作轨道即第1动作轨道，进行第1运算而生成从取得的分支点至终点为止的机器人的动作轨道即第2动作轨道；以及机器人控制部，其按照包含第1动作轨道及第2动作轨道在内的动作指令对机器人进行驱动控制。参照轨道是从起点至对象物体可取得的多个位置及姿态的组之中的一个即第1点为止的机器人的动作轨道，是能够避免与障碍物的干涉，且满足评价值进入第一范围的动作轨道。分支点是参照轨道上的一点，是满足从分支点至第1点为止的动作轨道的评价值进入比第一范围大的第二范围的动作轨道。

发明的效果

根据本发明，具有下述效果，即，即使在对象物体的位置及姿态发生波动的情况下，也能够缩短生成评价值处于一定的范围内的轨道的时间。

附图说明

图1是表示实施方式1中的机器人***的结构的概念图。

图2是概念性地表示实施方式1中的对象物体的平面内的旋转偏移的俯视图。

图3是表示实施方式1中的手接近路径的多个候选的概念图。

图4是表示实施方式1中的机器人控制装置的整体结构的框图。

图5是用于对实施方式1中的目标集合进行说明的概念图。

图6是用于对实施方式1中的目标集合内的位置定义进行说明的图。

图7是用于对实施方式1中的对象物体的旋转偏移角不同的多个模式进行说明的图。

图8是用于对实施方式1中的向对象物体的手接近路径不同的多个模式进行说明的图。

图9是表示从实施方式1中的目标集合对个别分支点存储部追加参照轨道及分支点的轨道生成部的动作的流程图。

图10是表示实施方式1中的参照轨道的生成所使用的对象物体的位置的选择例的概念图。

图11是表示实施方式1中的参照轨道的生成所使用的对象物体的位置的其他选择例的概念图。

图12是表示实施方式1中的参照轨道的生成所使用的对象物体的位置的其他选择例的概念图。

图13是表示实施方式1中的参照轨道和分支点之间的关系的概念图。

图14是表示对实施方式1中的分支点进行计算的顺序的流程图。

图15是表示实施方式1中的参照轨道和障碍物之间的关系的概念图。

图16是与实施方式1中的分支点的选择范围相关的概念图。

图17是表示通过实施方式1中的个别轨道生成部进行的轨道生成的方法的概念图。

图18是表示实施方式1中的个别轨道生成部及机器人控制部的处理顺序的流程图。

图19是表示实施方式2中的个别轨道的生成的动作顺序的流程图。

图20是表示实施方式2中的参照轨道及个别轨道的概念图。

图21是表示实施方式1及实施方式2所涉及的机器人控制装置的硬件结构的框图。

具体实施方式

下面，基于附图对实施方式所涉及的机器人控制装置、机器人控制程序及机器人控制方法详细地进行说明。

实施方式1.

图1是表示实施方式1中的机器人***100的结构的概念图。如图1所示，机器人***100具有：多关节的机器人101，其具有多个轴及多个臂；末端执行器102，其装载于机器人101的臂的前端；带式输送机103；以及外部传感器104。机器人101使末端执行器102从起点Ps移动至终点Pe为止，执行预先设定的任务。终点Pe没有被固定，基于在带式输送机103上流动的对象物体200的位置及姿态进行定义。作为测量部的外部传感器104在机器人101的实际动作紧之前获取对象物体200的位置及姿态。

带式输送机103基于移动速度V[mm/s]在恒定方向进行输送动作，在带式输送机103上不存在对对象物体200进行固定的夹具。因此，对象物体200相对于机器人101的相对位置及姿态每次不相同。

图2是概念性地表示实施方式1中的对象物体200的平面内的旋转偏移的俯视图。另外，图3是表示实施方式1中的手接近路径的多个候选的概念图。

在图2中，从上方观察带式输送机103的叠放面。在带式输送机103上没有对对象物体200进行固定的机构，因此对象物体200以带式输送机103的叠放面的法线矢量，在这里以与纸面垂直的方向的矢量为旋转轴而发生旋转偏移。将该旋转偏移称为相对于带式输送机103的平面内旋转，将其旋转角称为旋转偏移角。

在将对象物体200假定为不定形物时，如果没有与对象物体200的形状相应地适当选择使末端执行器102接近对象物体200的轨道，则有时任务的达成变得困难。在本实施方式中，如图3所示，事先针对末端执行器102准备多个使末端执行器102接近对象物体200的轨道即手接近路径，根据对象物体200的形状而选择一个能够达成任务的手接近路径。在图3中，示出了包含手接近路径HA及手接近路径HB在内的2个手接近路径。

在实施方式1中，对象物体200相对于机器人101的位置及姿态的波动通过包含三维平移方向的位置偏移、相对于带式输送机103的平面内旋转和基于末端执行器102和对象物体200的形状而选择的手接近路径在内的3个要素的集合而视作一个模式。

图4是表示实施方式1的机器人控制装置的整体结构的框图。机器人控制装置具有周边装置信息取得部301、任务信息取得部302、目标集合设定部303、包含参照轨道生成部304及分支点指定部305在内的轨道生成部310、作为存储部的个别分支点存储部306、传感器信息取得部307、个别轨道生成部308和机器人控制部309。

周边装置信息取得部301取得与机器人101的周边装置相关的信息即周边装置信息。周边装置信息是带式输送机103的移动速度V。任务信息取得部302取得与进行轨道生成的任务相关的信息即任务信息。任务信息至少包含所使用的末端执行器102的种类、对象物体200的种类、任务的目标动作。在任务的目标动作中包含对象物体200的抓持、配置等。

目标集合设定部303从周边装置信息取得部301取得周边装置信息即带式输送机103的移动速度V。另外，目标集合设定部303从任务信息取得部302取得任务信息。

目标集合设定部303使用带式输送机103的移动速度V和任务信息，对对象物体200可存在的位置的集合即目标集合201、目标集合201的内部的对象物体200可存在的姿态和手接近路径的组合进行计算。

图5是用于对实施方式1中的目标集合201进行说明的概念图。对本实施方式中的目标集合201的计算方法进行叙述。在本实施方式中，图5所示的目标集合201是基于带式输送机103的移动速度V进行计算的。如果将机器人101针对对象物体200的动作所花费的时间(动作时间)的上限值设为T[s]，则输送机移动方向的目标集合201的长度能够设定为T×V。另外，与输送机移动方向正交的方向的目标集合201的长度，例如能够设定为带式输送机103的宽度W[mm]。机器人101针对对象物体200的动作时间，例如是机器人101从起点Ps移动至终点Pe为止而结束预先设定的任务的执行为止的时间。在本实施方式中，没有考虑输送机高度方向的波动，但也可以考虑输送机高度方向的波动而生成三维目标集合201。

目标集合201的范围可以作为由机器人***100的用户设想的作业区域的极限，与带式输送机103的移动速度V无关地由用户直接指定。

接下来，对目标集合201所包含的对象物体200的波动模式的计算方法进行叙述。图6是用于对实施方式1中的目标集合201内的位置定义进行说明的图。图7是用于对实施方式1中的对象物体200的旋转偏移角不同的多个模式进行说明的图。图8是用于对实施方式1中的向对象物体200的手接近路径不同的多个模式进行说明的图。

如图6所示，将目标集合201内的空间以任意的大小分割为多个，在分割后的多个网格各自的中心位置对网格点G进行定义。各网格点G具有表示本网格点的位置的位置信息。对象物体200的平移偏移的位置通过指定网格点G而进行规定。在图6中，在目标集合201内以矩阵状分割为N1(＝25)个网格，具有25个网格点G。在图7中，示出了对象物体200的平面内旋转的旋转偏移角不同的N2(＝3)个模式。在图8中，示出了不同的N3(＝3)个手接近路径HA、HB、HC的轨道。

关于各网格点G，考虑对象物体200的平面内旋转的旋转偏移角不同的N2个模式的变化、和手接近路径不同的N3个模式的变化，因此针对一个网格点G，波动模式最大存在N2×N3个。关于N2、N3，预先设定大于或等于1的数量。旋转偏移角的刻度值可以任意地决定。因此，在目标集合201内设定合计N1×N2×N3个对象物体200的波动模式，轨道生成部310关于N1×N2×N3个各波动模式而进行分支点的计算。

接下来，对图4所示的轨道生成部310进行叙述。轨道生成部310由参照轨道生成部304和分支点指定部305构成。

图9是表示从实施方式1中的目标集合201对个别分支点存储部306追加参照轨道及分支点的轨道生成部310的动作的流程图。图10是表示实施方式1中的参照轨道的生成所使用的对象物体200的位置的选择例的概念图。图11是表示实施方式1中的参照轨道的生成所使用的对象物体200的位置的其他选择例的概念图。图12是表示实施方式1中的参照轨道的生成所使用的对象物体200的位置的其他选择例的概念图。

首先，参照轨道生成部304读入由目标集合设定部303计算出的目标集合201和目标集合201所包含的对象物体200的全部波动模式(S101)。

接下来，参照轨道生成部304对多个波动模式之中的具有一部分网格点G的波动模式进行选择，使用选择出的波动模式而生成评价值处于第一范围内的参照轨道(S102)。即，参照轨道生成部304以既定的起点Ps为动作起点，以目标集合201内的至少一个特定的波动模式为终点Pe，使用任意的轨道生成方法而生成评价值处于第一范围内的参照轨道。

在本实施方式中，作为评价值而对前述动作时间进行选择。作为第一范围，动作时间设定为T1[s]以内。因此，生成动作时间为T1以内的参照轨道。此外，作为评价值，可以使用重复执行机器人101针对对象物体200的动作时的机器人101的预测寿命、在执行机器人101针对对象物体200的动作时机器人101所消耗的电力等。

通过S102选择的波动模式可以任意地选择，但例如如图10所示，考虑对作为位置信息而具有目标集合201的中心位置的网格的网格点G的波动模式进行选择。另外，在目标集合201遍及大范围的情况下，如图11所示，可以对目标集合201的中心的网格的网格点G的波动模式和作为位置信息而具有处于目标集合201的四角部分的网格点G的波动模式进行选择。在图11的方法中，对多个网格点G进行选择，因此生成多个参照轨道。关于旋转偏移角，例如预先对N2个模式的变化之中的一个进行选择。

另外，通过S102选择的波动模式如图12所示，可以在目标集合201内，对作为位置信息而具有在实际动作时发生频度最高的网格G1所包含的网格点的波动模式进行选择。网格G1通过粗线示出。如果选择了该选择方法，则能够生成针对在实际动作时发生概率最高的模式而评价值收敛于第一范围内的轨道，因此生产率提高。

作为用于生成参照轨道的轨道生成方法，能够使用RRT(Rapidly ExploringRandom Trees)等随机采样方法、CHOMP(Covariant Hamiltonian Optimization forMotion Planning)等轨道参数优化方法、图表解法、强化学习方法等公知技术。另外，也可以将这些方法组合使用。在此基础上，***用户也可以使用手册示教的轨道。

在本实施方式中，作为与参照轨道的轨道生成相关的限制，考虑机器人101的各轴电动机的角度限制、角速度限制、角加速度限制、及机器人101和机器人***100所包含的障碍物不发生碰撞。因此，生成的参照轨道是能够避免与处于作业空间内的障碍物的干涉的轨道。

接下来，关于由目标集合设定部303计算出的各波动模式，对是否记录有分支点进行确认(S103)。在关于全部波动模式而记录有分支点的情况下(S103：Yes)，结束处理。在非上述情况下(S103：No)，向S104转入。

分支点指定部305从全部波动模式之中的还未记录有分支点的模式中对一个波动模式进行选择(S104)。

接下来，分支点指定部305选择一条参照轨道(S105)。在参照轨道为一条的情况下，对该轨道进行选择。在本实施方式中，如图11所示，在参照轨道存在多条的情况下，对相对于作为对象而选择出的波动模式的位置而具有最近的终点Pe即网格点G的参照轨道进行选择。例如，在图11中，在选择了最左侧从上起第2个网格而作为波动模式的情况下，对作为终点Pe而具有左上角的网格的参照轨道进行选择。在存在相同近似度的多个参照轨道的情况下，预先设定用于从该多个参照轨道对一个参照轨道进行选择的规则。

图13是表示实施方式1中的参照轨道202和分支点204之间的关系的概念图。对分支点204和参照轨道202之间的关系性进行叙述。将目标集合201内的用于到达除了参照轨道202以外的终点Pe的机器人101的动作轨道称为个别轨道203。个别轨道203与参照轨道202共有轨道的一部分。将个别轨道203成为不同于参照轨道202的轨道区间的开始位置称为分支点204。即，分支点204针对一条个别轨道203为一点，从参照轨道202中的点进行选择。在图13图示出障碍物205。

图14是表示对实施方式1中的分支点204进行计算的顺序的流程图，示出了通过图9的S106进行的处理的详细内容。在S106中，对评价值处于第二范围内的分支点的候选进行探索。图15是表示实施方式1中的参照轨道202和障碍物205之间的关系的概念图。图16是与实施方式1中的分支点204的选择范围相关的概念图。

首先，对通过分支点指定部305实施的分支点204的指定处理进行叙述。分支点指定部305从参照轨道202中对成为分支点204的候选的动作点提取多个(S201)。成为分支点204的候选的动作点通过唯一地决定在机器人101设置的末端执行器102的位置及姿态的状态量的组进行表示。在本实施方式中，通过机器人101的各轴电动机的角度的组表示成为分支点204的候选的动作点。此时参照轨道202由对机器人101的各轴电动机的角度的组赋予将起点Ps置于时刻0时的时刻标签的数据的集合构成。

接下来，对包含本实施方式中的成为分支点204的候选的动作点在内的参照轨道202的区间进行叙述。参照轨道202如前述所示，是能够避免与处于作业空间内的障碍物205的干涉的轨道。在参照轨道202的早期阶段对分支点204进行指定，如果试图生成直至个别轨道203的终点Pe为止的剩余部分，则应该考虑的障碍物205的数量变多，个别轨道203的生成花费时间。因此，优选在尽可能避免障碍物205的阶段，使轨道从分支点204向个别轨道203分支。

例如，如图15所示，对在存在于作业空间的障碍物205的外周以一定的距离L取得余量的临时障碍物206进行设定。距离L可以任意地指定。成为分支点204的候选的区间在将参照轨道202从终点Pe侧向起点Ps侧回溯时，设为直至与临时障碍物206碰撞的点Px1为止的区间C1。即，从参照轨道202之中的针对临时障碍物206，末端执行器102和机器人主体的干涉不发生的区间中，对分支点204进行选择。机器人主体是指机器人101的除了末端执行器102以外的部分。

另外，在选择出的波动模式的位置与参照轨道202的终点Pe相比接近起点Ps的情况下，如果在参照轨道202的终点Pe附近指定分支点204，则从分支点204直至选择出的波动模式的位置为止，个别轨道203有可能返回，评价值的值可能恶化。因此，如图16所示，将与参照轨道202的终点Pe和选择出的波动模式的位置Px2之间的范围d相对应的参照轨道202上的区间C2所包含的动作点从分支点204的候选排除在外。

接下来，分支点指定部305关于全部分支点204的候选，确认是否计算出个别轨道203的评价值(S202)。分支点指定部305关于全部分支点204的候选，在没有计算出个别轨道203的评价值的情况下(S202：No)，从通过S201提取出的分支点204的多个候选中选择一点(S203)。而且，分支点指定部305生成从选择出的分支点204的一个候选至通过S104选择出的一个波动模式的位置为止的轨道即个别轨道203(S204)。在这里，分支点指定部305在该个别轨道203的生成时，使用与由后面记述的个别轨道生成部308进行的个别轨道203的生成相同的方法。分支点指定部305对通过S204生成的个别轨道203的评价值的值进行计算(S205)。

图17是表示通过实施方式1中的个别轨道生成部308进行的轨道生成的方法的概念图。分支点指定部305也与图17同样地通过处理而生成个别轨道203。下面，对个别轨道203的生成方法进行叙述。在本实施方式中，使用关节插补方法而生成分支点204以后的轨道。关节插补方法是用于生成个别轨道203的第1运算的一个。

图17是关于机器人101的轴数为2个的情况示出的概念图，但关于大于或等于2个轴数也能够应用相同的方法。在图17中，示出了轴1的指令角速度的时序图及轴2的指令角速度的时序图。在图17中，kt表示加速时间，gt表示减速时间，tt表示定速时间。

首先，个别轨道生成部308针对机器人101的各轴电动机能够输出的最高速度，对从分支点204至终点Pe即选择出的一个波动模式的位置为止的角度变化量成为最大的轴进行选择。将该角度变化量成为最大的轴在本实施方式中称为代表轴j′。根据图17，轴1的角度变化量大于轴2的角度变化量，因此轴1成为代表轴j′。代表轴j′是从多个轴j(j＝1、2、…)对满足式(1)的轴j进行选择。在这里，θ_sj是分支点204处的轴j的角度，θ_Gj是终点Pe即选择出的一个波动模式的位置处的轴j的角度，v_max_j是能够由轴j的电动机实现的最高速度。式(1)的右边示出轴j的角度变化量相对于能够由轴j的电动机实现的最高速度v_max_j处于何种程度的大小。

【式1】

代表轴即轴j′(j′＝1)的轨道上的最高速度vj′_max设为vj′_max＝v_max_j′。此时，将代表轴j′以外的轴j的电动机的动作中的最高速度vj_max按照式(2)临时设置。在式(2)中，(θ_Gj－θ_sj)表示代表轴j′以外的轴j的角度变化量，(θ_Gj′－θ_sj′)表示代表轴j′的角度变化量。

【式2】

根据临时设置的各轴的动作中的最高速度vj_max、各轴的分支点204处的角速度vj_s、各轴的终点Pe处的角速度vj_e、机器人101的速度限制、加速度限制而决定加速时间kt及减速时间gt。如果决定出加速时间kt及减速时间gt，则通过关于定速时间tt而求解与代表轴j′相关的以下的式(3)，从而决定定速时间tt。在式(3)中，为了方便，省略了对式(3)中的各记号附带“′”。

【式3】

通过关于vj_max而求解式(3)，从而决定除了临时设置的代表轴j′以外的轴j的最高速度vj_max。通过以上的计算，关于机器人101所包含的全部轴，求出分支点204以后的角速度指令值。因此，通过将角速度指令值以时刻进行积分，从而能够对分支点204以后的动作点和时刻标签的组进行计算。

分支点指定部305如上所述，在生成从分支点204的多个候选中选择出的一个分支点204至通过S104选择出的一个波动模式的位置为止的轨道即个别轨道203后(S204)，对生成的个别轨道的评价值进行计算(S205)。接下来，分支点指定部305确认计算出的评价值的值是否处于第二范围内(S206)。在本实施方式中，作为第二范围而设定处于动作时间T2[s]以内。设定为T2＞T1。第二范围设定为比第一范围大的范围。

分支点指定部305在评价值处于第二范围内的情况下(S206：Yes)，将选择出的分支点指定为正式的分支点(S108)。在评价值没有进入第二范围内的情况下(S206：No)，顺序返回至S202。如果顺序返回至S202，则对通过S201提取出的分支点204的多个候选中的其他候选进行选择，然后，执行S202～S206的处理，由此判定选择出的其他候选的个别轨道203的评价值是否处于第二范围内。如上所述，通过重复进行S202～S206的处理，从而得到个别轨道203的评价值处于第二范围内的分支点204。

另外，在重复S202～S206的处理后，在S202的判断成为Yes的情况下，不满足通过S201提取出的分支点204的多个候选全部不从第二范围脱离这一条件。在如上所述的情况下，顺序转入至S107。在S107中，新生成除了通过S102生成的参照轨道202以外的参照轨道202，追加至参照轨道202。具体地说，对与通过S104选择出的波动模式不同的波动模式进行选择，使用新选择出的波动模式而生成评价值处于第一范围内的参照轨道202(S107)。而且，使用新生成的参照轨道202而重复S202～S206的处理，由此决定评价值处于第二范围内的分支点204。

如果通过S108指定出分支点204，则分支点指定部305将通过S104选择出的波动模式、通过S105选择出的参照轨道202或者通过S107追加的参照轨道202和通过S108指定出的分支点204设为集合，记录至个别分支点存储部306(S109)。即，分支点指定部305将波动模式、参照轨道202和分支点204的集合即轨道集合数据记录至个别分支点存储部306。

如果向个别分支点存储部306的记录结束，则顺序转入至S103。在S103中，关于由目标集合设定部303计算出的全部波动模式而判定是否记录有分支点204。在没有记录分支点204的波动模式保留的情况下，轨道生成部310重复执行S103～S109的处理、S201～S206的处理，从而将与全部波动模式有关的分支点204记录至个别分支点存储部306。

图18是表示实施方式1中的个别轨道生成部308及机器人控制部309的处理顺序的流程图。机器人控制部309在机器人101中的实际作业时，使用个别分支点存储部306的记录信息而生成机器人101的动作指令。

首先，传感器信息取得部307使用外部传感器104，对对象物体200的实际的位置、姿态及形状进行测定(S301)。另外，个别轨道生成部308从任务信息取得部302取得末端执行器102的种类和对象物体200的种类，从周边装置信息取得部301取得带式输送机103的移动速度V。个别轨道生成部308根据对象物体200的形状及任务信息对手接近路径进行选择。

接下来，个别轨道生成部308从个别分支点存储部306，读出具有与对象物体200的实际的位置及姿态最接近的波动模式的轨道集合数据。而且，个别轨道生成部308将读出的轨道集合数据所包含的参照轨道202及分支点204取出(S302)。

接下来，个别轨道生成部308将通过S301取得的对象物体200的实际的位置及姿态作为终点Pe′，生成从取出的分支点204至终点Pe′为止的个别轨道(S303)。在个别轨道的生成时使用通过图17说明的方法。个别轨道生成部308关于从起点Ps至通过S302取出的分支点204为止的轨道，直接使用通过S302取出的参照轨道202。从起点Ps至分支点204为止的轨道与权利要求书的第1动作轨道相对应，从分支点204至终点Pe′为止的轨道与权利要求书的第2动作轨道相对应。

最后，个别轨道生成部308将包含从生成的分支点204至终点Pe′为止的个别轨道和从起点Ps至分支点204为止的区间的参照轨道202在内的动作指令发送至机器人控制部309(S304)。机器人控制部309按照接收到的动作指令对机器人101进行驱动。由此，机器人101使末端执行器102从起点Ps移动至终点Pe为止，针对对象物体200执行预先设定的任务。

如上所述，根据实施方式1，直接使用从起点Ps至分支点204为止能够避免与障碍物205的干涉、且满足评价值进入第一范围的动作轨道即参照轨道202而生成动作轨道，从分支点至对象物体200为止，与对象物体200的实际的位置及姿态相匹配地生成动作轨道，因此即使在对象物体200的位置及姿态发生波动的情况下，也能够将用于对评价值处于一定的范围内的轨道进行计算的时间缩短，能够使生产率提高。

另外，根据实施方式1，在生成个别轨道203时以评价值收敛于一定的范围内的方式对分支点204进行选定。因此，生成的轨道能够确保一定的生产率。另外，根据实施方式1，从参照轨道202所包含的动作点之中的、不与在轨道周边的障碍物205的外周以一定的距离L取得余量的临时障碍物206发生干涉的动作点中，对分支点204的候选进行选择。因此，在个别轨道203的生成时应该考虑的障碍物205的数量减少，因此个别轨道203的生成所花费的时间能够缩短。

另外，根据实施方式1，在对象物体200所设想的波动中还包含手接近路径的差异，因此能够与对象物体200的波动相对应地，还包含末端执行器102的操作而高效地达成任务。另外，根据实施方式1，在参照轨道202内没有个别轨道203的评价值收敛于指定的范围内那样的分支点204的情况下，通过新生成并追加参照轨道202，从而能够保证针对目标集合201内的全部波动模式而生成动作轨道。

实施方式2.

在实施方式1中，针对目标集合201所包含的对象物体200的全部波动模式，分别设定出参照轨道202及分支点204。与此相对，在实施方式2中，针对目标集合201所包含的全部波动模式，设定1个参照轨道202及分支点204。即，在实施方式2中，1个参照轨道202及1个分支点204由全部波动模式共用。

图19是表示实施方式2中的个别轨道203的生成的动作顺序的流程图。图20是表示实施方式2中的参照轨道202及个别轨道203的概念图。在实施方式2中，机器人***100使用与实施方式1相同的机器人***。另外，目标集合设定部303、参照轨道生成部304也执行与实施方式1相同的处理。

如图20所示，在实施方式2中，针对目标集合201所包含的对象物体200的全部波动模式，具有1个参照轨道202及1个分支点204。因此，在实施方式2中，在从起点Ps至分支点204为止的区间中直接使用参照轨道202，在从分支点204至实际的终点Pe为止的区间中，与实际的终点Pe的位置、姿态相应地生成从分支点204至实际的终点Pe为止的个别轨道。例如，如果实际的终点Pe是左上的角部，则生成个别轨道203－C，如果实际的终点Pe是左下的角部，则生成个别轨道203－D，如果实际的终点Pe是右上的角部，则生成个别轨道203－A，如果实际的终点Pe是右下的角部，则生成个别轨道203－B。

下面，按照图19，对用于生成1个参照轨道202及1个分支点204的顺序进行说明。首先，目标集合设定部303与实施方式1同样地，读入由目标集合设定部303计算出的目标集合201和目标集合201所包含的对象物体200的全部波动模式(S401)。

接下来，参照轨道生成部304对多个波动模式之中的具有一部分的网格点G的波动模式进行选择，将选择出的波动模式作为终点Pe，将既定的起点Ps作为动作起点，与实施方式1同样地，使用任意的轨道生成方法而生成评价值处于第一范围内的参照轨道202(S402)。轨道的评价值与实施方式1同样地设为动作时间。

作为轨道生成方法，能够使用RRT等随机采样方法、CHOMP等轨道参数优化方法、图表解法、强化学习方法等公知技术。另外，也可以将这些方法组合使用。在此基础上，***用户也可以使用手册示教的轨道。

接下来，分支点指定部305从参照轨道202的动作点中对成为分支点204的候选的点进行指定(S403)。成为对分支点204进行选择的对象的区间如使用图14～图16说明所述，采用与实施方式1相同的方法。

接下来，分支点指定部305针对目标集合201的全部波动模式，确认是否对使用通过S403指定出的分支点204的情况下的个别轨道203的评价值进行了计算(S404)。在存在未计算的波动模式的情况下(S404：No)，从未计算的波动模式中选择一个，对个别轨道203的评价值进行计算(S405)。各个别轨道203的评价值的计算方法与实施方式1设为相同。针对全部波动模式，在结束计算评价值的情况下(S404：Yes)，转入至S406。

接下来，分支点指定部305针对通过S403选择出的分支点的候选，对全部波动模式的评价值的期待值进行计算(S406)。

作为评价值的期待值的计算方法，例如采用全部波动模式的评价值的等价平均。另外，以目标集合201的中央部的波动模式所对应的个别轨道203的评价值的权重，与目标集合201的外侧周边的波动模式所对应的个别轨道203的评价值的权重相比变高的方式进行权重平均。并且，可以基于实际的生产线中的各波动模式的发生次数而计算期待值。

分支点指定部305确认计算出的评价值的期待值是否进入第二范围内(S407)。作为第二范围，动作时间设为T2[s]以内(T2＞T1)。在评价值的期待值进入至第二范围内的情况下(S407：Yes)，向S409转入。在评价值的期待值没有进入第二范围内的情况下(S407：No)，确认在参照轨道202中是否保留有成为分支点204的候选的其他点(S408)。在保留有候选的情况下(S408：Yes)，返回至S403，对其他分支点204的候选进行设定。在没有保留候选的情况下(S408：No)，向S409转入。此外，在实施方式2中，在S407的判断时，可以设定比第二范围大的第三范围。

在S409中，分支点指定部305选择一个分支点204，与参照轨道202设为集合而追加至个别分支点存储部306。在本实施方式中，对评价值的期待值即动作时间的期待值成为最小的分支点204进行选择。在个别分支点存储部306中对一组分支点204和参照轨道202进行存储。

在机器人101中的实际作业时，个别分支点存储部306使用在个别分支点存储部306中存储的一组分支点204和参照轨道202，与图18中说明同样地生成机器人101的动作轨道。首先，使用外部传感器104，测定出对象物体200的实际的位置、姿态及形状。接下来，从个别分支点存储部306取出一组分支点204和参照轨道202。接下来，将对象物体200的实际的位置及姿态作为终点Pe′，使用通过图17说明的方法而生成从取出的分支点204至终点Pe′为止的个别轨道。关于从起点Ps至分支点204为止的轨道，直接采用参照轨道202。然后，基于包含从生成的分支点204至终点Pe′为止的个别轨道和从起点Ps至分支点204为止的区间的参照轨道202在内的动作指令，对机器人101进行驱动。

如上所述，根据实施方式2，针对多个波动模式而仅设定一组参照轨道202和分支点204的组，因此能够削减在个别分支点存储部306中存储的数据量。另外，根据实施方式2，从参照轨道202内的候选对评价值的期待值成为最小的点进行选定而作为分支点204，因此与实施方式1同样地，生成的轨道保证一定的生产率。但是，如果与针对对象物体200的每个波动模式对分支点204进行指定的实施方式1相比较，则针对各个波动模式的个别轨道的生产率有可能降低。

在这里，对图4所示的机器人控制装置的硬件结构进行说明。图21是表示实施方式1及实施方式2所涉及的机器人控制装置的硬件结构的框图。

机器人控制装置能够由包含图21所示的运算装置404及存储装置405的硬件结构406实现。运算装置404的例子是CPU(也称为Central Processing Unit、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、处理器、DSP(Digital Signal Processor))或者***LSI(Large Scale Integration)。存储装置405的例子是RAM(Random Access Memory)或者ROM(Read Only Memory)。

机器人控制装置是运算装置404将由存储装置405存储的用于执行机器人控制装置的动作的程序读出并执行而实现的。另外，该程序也可以说使计算机执行机器人控制装置的顺序或者方法。

存储装置405对分支点204及参照轨道202进行存储。存储装置405还被用作由运算装置404执行各种处理时的暂时存储器。

由运算装置404执行的程序可以通过可安装的形式或者可执行的形式的文件，存储于计算机可读取的存储介质而作为计算机程序产品被提供。另外，由运算装置404执行的程序也可以经由互联网等网络而提供给机器人控制装置。

另外，机器人控制装置也可以通过专用的硬件实现。另外，关于机器人控制装置的功能，可以将一部分通过专用的硬件实现，将一部分通过软件或者固件实现。例如，可以使计算机执行目标集合设定部303、参照轨道生成部304、分支点指定部305及个别分支点存储部306，使机器人控制器执行传感器信息取得部307、个别轨道生成部308及机器人控制部309。

以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一部分，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够适当地组合，或者对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

100机器人***，101机器人，102末端执行器，103带式输送机，104外部传感器，200对象物体，201目标集合，202参照轨道，203个别轨道，204分支点，205障碍物，206临时障碍物，301周边装置信息取得部，302任务信息取得部，303目标集合设定部，304参照轨道生成部，305分支点指定部，306个别分支点存储部，307传感器信息取得部，308个别轨道生成部，309机器人控制部，310轨道生成部，404运算装置，405存储装置，406硬件结构，Pe终点，Ps起点。

Claims (15)

1.一种机器人控制装置，其使机器人的末端执行器从起点移动至终点为止，针对位置及姿态没有被固定的对象物体而执行预先设定的任务，

该机器人控制装置的特征在于，具有：

存储部，其与所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组各自相对应地对参照轨道及分支点进行存储；

测量部，其在所述任务的执行时，对所述对象物体的位置及姿态进行测量；

个别轨道生成部，其从所述存储部取得与测量出的所述对象物体的位置及姿态相对应的所述参照轨道及所述分支点，将测量出的所述对象物体的位置及姿态设定为所述终点，使用取得的所述参照轨道而生成从所述起点至所述分支点为止的所述机器人的动作轨道即第1动作轨道，进行第1运算而生成从取得的所述分支点至所述终点为止的所述机器人的动作轨道即第2动作轨道；以及

机器人控制部，其按照包含所述第1动作轨道及所述第2动作轨道在内的动作指令对所述机器人进行驱动控制，

所述参照轨道是从所述起点至所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组之中的一个即第1点为止的所述机器人的动作轨道，是能够避免与障碍物的干涉，且满足评价值进入第一范围的动作轨道，

所述分支点是所述参照轨道上的一点，是满足从所述分支点至所述第1点为止的动作轨道的所述评价值进入比所述第一范围大的第二范围的动作轨道。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

具有：

目标集合设定部，其将所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组的集合设定为目标集合；

参照轨道生成部，其对所述目标集合所包含的所述对象物体的至少一个位置及姿态的组进行选择，基于选择出的所述对象物体的位置及姿态的组而生成所述参照轨道；以及

分支点指定部，其从生成的所述参照轨道上对所述分支点的多个候选点进行提取，从提取出的多个候选点至所述第1点为止的多个动作轨道中对所述评价值进入所述第二范围的动作轨道进行选择，关于所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组的全部而执行将与选择出的动作轨道相对应的候选点决定为与所述第1点相对应的分支点的第1处理，针对所述对象物体可取得的位置及姿态的每个组，对所述分支点进行计算，将计算出的分支点及生成的所述参照轨道存储于所述存储部。

3.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述参照轨道生成部生成在所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组中共通的一个参照轨道。

4.根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述参照轨道生成部在所述目标集合的中心位置设定所述一个参照轨道。

5.根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述参照轨道生成部在所述机器人的实际动作时在发生频度最高的位置设定所述一个参照轨道。

6.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述参照轨道生成部在与所述对象物体可取得的位置及姿态的组相应地不同的所述第1点设定所述参照轨道。

7.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述参照轨道生成部在满足所述评价值进入所述第二范围的条件的所述分支点不存在的情况下，生成新的参照轨道。

8.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述存储部与所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组各自相对应地，对所述参照轨道、所述分支点及向所述对象物体的手接近路径的轨道的组进行存储。

9.一种机器人控制装置，其使机器人的末端执行器从起点移动至终点为止，针对位置及姿态没有被固定的对象物体而执行预先设定的任务，

该机器人控制装置的特征在于，具有：

存储部，其针对所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组对共通的一个参照轨道及一个分支点进行存储；

测量部，其在所述任务的执行时，对所述对象物体的位置及姿态进行测量；

个别轨道生成部，其从所述存储部取得所述参照轨道及所述分支点，将测量出的所述对象物体的位置及姿态设定为所述终点，使用所述取得的参照轨道而生成从所述起点至所述分支点为止的所述机器人的动作轨道即第1动作轨道，进行第1运算而生成从取得的所述分支点至所述终点为止的所述机器人的动作轨道即第2动作轨道；以及

机器人控制部，其按照包含所述第1动作轨道及所述第2动作轨道在内的动作指令对所述机器人进行驱动控制，

所述参照轨道是从所述起点至所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组之中的一个即第1点为止的所述机器人的动作轨道，是能够避免与障碍物的干涉，且满足评价值进入第一范围的动作轨道，

所述分支点是所述参照轨道上的一点，是满足从所述分支点至所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组为止的多个动作轨道的所述评价值的平均进入比所述第一范围大的第二范围的动作轨道。

10.根据权利要求9所述的机器人控制装置，其特征在于，

具有：

目标集合设定部，其将所述对象物体可取得的多个位置及姿态的集合设定为目标集合；

参照轨道生成部，其对所述目标集合所包含的所述对象物体的一个位置及姿态的组进行选择，基于选择出的所述对象物体的位置及姿态的组而生成所述参照轨道；以及

分支点指定部，其从生成的所述参照轨道上对所述分支点的多个候选点进行提取，关于全部候选点而执行求出从提取出的多个候选点之中的1个候选点至所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组为止的多个动作轨道的所述评价值的平均的第2处理，将所述多个候选点之中的所述评价值的平均进入所述第二范围的候选点决定为所述分支点，将所述决定的分支点及所述参照轨道存储于所述存储部。

11.根据权利要求10所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述评价值的平均是所述目标集合的中央部的所述评价值的权重，与所述目标集合的外侧周边的所述评价值的权重相比提高的权重平均。

12.根据权利要求2或10所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述分支点指定部从所述参照轨道之中的、针对在所述障碍物的外周以一定的距离取得余量的临时障碍物不发生所述末端执行器和机器人主体的干涉的区间中对所述分支点进行选择。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述评价值是所述机器人的动作时间。

14.一种机器人控制程序，其使机器人的末端执行器从起点移动至终点为止，针对位置及姿态没有被固定的对象物体而执行预先设定的任务，

该机器人控制程序的特征在于，使计算机执行下述步骤：

与所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组各自相对应地，将参照轨道及分支点存储于存储部；

在所述任务的执行时，对所述对象物体的位置及姿态进行测量；

从所述存储部取得与测量出的所述对象物体的位置及姿态相对应的所述参照轨道及所述分支点，将测量出的所述对象物体的位置及姿态设定为所述终点，使用取得的所述参照轨道而生成从所述起点至所述分支点为止的所述机器人的动作轨道即第1动作轨道，进行第1运算而生成从取得的所述分支点至所述终点为止的所述机器人的动作轨道即第2动作轨道；以及

按照包含所述第1动作轨道及所述第2动作轨道在内的动作指令对所述机器人进行驱动控制，

所述参照轨道是从所述起点至所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组之中的一个即第1点为止的所述机器人的动作轨道，是能够避免与障碍物的干涉，且满足评价值进入第一范围的动作轨道，

所述分支点是所述参照轨道上的一点，是满足从所述分支点至所述第1点为止的动作轨道的所述评价值进入比所述第一范围大的第二范围的动作轨道。

15.一种机器人控制方法，其使机器人的末端执行器从起点移动至终点为止，针对位置及姿态没有被固定的对象物体而执行预先设定的任务，

该机器人控制方法的特征在于，具有下述步骤：

与所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组各自相对应地，将参照轨道及分支点存储于存储部；

在所述任务的执行时，对所述对象物体的位置及姿态进行测量；

从所述存储部取得与测量出的所述对象物体的位置及姿态相对应的所述参照轨道及所述分支点，将测量出的所述对象物体的位置及姿态设定为所述终点，使用取得的所述参照轨道而生成从所述起点至所述分支点为止的所述机器人的动作轨道即第1动作轨道，进行第1运算而生成从取得的所述分支点至所述终点为止的所述机器人的动作轨道即第2动作轨道；以及

按照包含所述第1动作轨道及所述第2动作轨道在内的动作指令对所述机器人进行驱动控制，

所述参照轨道是从所述起点至所述对象物体可取得的多个位置及姿态的组之中的一个即第1点为止的所述机器人的动作轨道，是能够避免与障碍物的干涉，且满足评价值进入第一范围的动作轨道，

所述分支点是所述参照轨道上的一点，是满足从所述分支点至所述第1点为止的动作轨道的所述评价值进入比所述第一范围大的第二范围的动作轨道。