JP2005088164A - ロボットの停止箇所決定方法及びロボットの停止箇所決定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明のロボットの停止箇所決定方法は、複数の作業についてロボットアームの可動作業空間内の領域を作業判定領域とすると共に、各作業判定領域内に格子点を配置するステップと、各格子点において移動ロボットによる作業が遂行可能であるか否かを判断して複数の作業に対応する作業可能領域を設定するステップと、複数の作業可能領域の重なりが最適となるように組み合わせるステップと、組み合わせた作業可能領域の重なった領域においてコストが最小となる作業箇所を求めて、最少停止箇所を決定するステップとを備えたものである。この停止箇所決定方法によれば、移動ロボットの停止箇所を最適化できる。
【選択図】 図1
Description
これに対して、近年、移動ロボットの走行経路(停止箇所を含む)を計算によって求める研究がなされており、その一例として、非特許文献1が知られている。この研究では、移動ロボットのアームの可操作性の評価基準に注目して走行経路を計算し、経路計画(作業計画)を実現するようにしている。尚、本願発明と直接関係するものではないが、関連する分野の技術として、特許文献1、2が知られている。
永谷圭司、平山智信、五福明夫、田中豊著、「操作性を保つ移動マニピュレータの作業場所計画(第7回ロボティクスシンポジア予稿集 pp.329-334(2002-03))」
一方、本発明のロボットの停止箇所決定装置は、複数の作業について、ロボットのロボットアームの可動作業空間内の領域を作業判定領域とすると共に、各作業判定領域内に設定間隔の格子点を配置する手段と、前記各格子点において前記ロボットによる作業が遂行可能であるか否かを判断して前記複数の作業に対応する作業可能領域を設定する手段と、前記複数の作業可能領域の重なりが最適となるように組み合わせる手段と、前記組み合わせた作業可能領域の重なった領域において、コストが最小となる作業箇所を求めることにより、最少停止箇所を決定する手段とを備えなるところに特徴を有するものである。
この図2に示すように、移動ロボット1は、ロボットコントローラ2と、ロボットアーム3と、走行台車4と、電源システム5とを備えて構成されており、周知構成の移動ロボットである(例えば特願2000−262876に記載された移動ロボットを利用しても良い)。上記ロボットコントローラ2は、メモリ6と、CPU7と、制御ドライバ8とを備えて構成されている。
また、PC10は、複数の作業について、移動ロボット1のロボットアーム3の可動作業空間内の領域を作業判定領域とすると共に、各作業判定領域内に設定間隔の格子点を配置する手段としての機能と、前記各格子点において前記移動ロボット1による作業が遂行可能であるか否かを判断して前記複数の作業に対応する作業可能領域を設定する手段としての機能と、前記複数の作業可能領域の重なりが最適となるように組み合わせる手段としての機能と、前記組み合わせた作業可能領域の重なった領域において、コストが最小となる作業箇所を求めることにより、最少停止箇所を決定する手段としての機能と、前記各停止箇所において、前記移動ロボット1のロボットアーム3の作業順序を最適化する手段としての機能と、前記各停止箇所の間の走行経路を、コストが最小となるように決定する手段としての機能とを備えている。
まず、本実施例のシステムの設定条件について述べる。
ここで、「作業」とは、作業環境内に散在する複数の物体を移動ロボット1のマニピュレータ(ロボットアーム3)で把持して搬送することである。
また、障害物配置などの環境情報は、既知とする。作業は、任意の順序で遂行可能とする。システムの入力値は、各作業の作業情報である。システムの出力は、複数の作業箇所と、各作業箇所での作業順序と、作業箇所間の移動経路(走行経路)とである。
また、安定性、精度の問題から、移動しながらの作業は行わない。走行台車4の走行距離、移動回数は少ないほど良いとする。これは、走行時間だけでなく、移動後の走行台車4の位置補正にも時間を要し、また、位置決めにより誤差が生じ易いためである。
第1の問題は、複数ある作業を複数の作業箇所にどう割り当てるかという問題、即ち、割当問題である。
第2の問題は、複数の作業をどの順序で遂行するか、また、複数作業箇所をどの順序で巡るか、という巡回問題である。
これらの問題を解くために、本実施例における最優先の評価指標を、「走行台車4の移動回数を最少化すること、即ち、作業箇所数を最少化すること」としている。そして、この評価指標を満たした上で、「複数得られる最少数の作業箇所の組み合わせのうちどれが良いか、複数作業箇所をどの順序で巡れば良いか、各作業箇所においてどの手順で作業を遂行すれば良いか」という問題については、統合して最適解を導出するように構成している。
そして、ステップS206へ進み、各作業判定領域(判定対象領域)内の全ての格子点について、作業可能であるか否かの判定を完了したか否かを判断する。ここで、判定完了の場合は、「YES」へ進み、判定処理を終える。判定が未完了の場合は、「NO」へ進み、ステップS201へ戻り、次の格子点の判定を続行するように構成されている。
次に、図4のステップS302へ進み、それらの領域の中からどれを選択すれば、最少数の領域で全作業を遂行することができるかを調べる。この問題は、集合被服問題(Set Covering Problem)として解く。
xj=1:列j(コストcj>0)が解の中にあるとき、
xj=0:それ以外
と定義すると、集合被服問題は次のように表現される。
・解を列挙する必要がある。
この問題を、本実施例では、最少集合被服問題(Least Set Covering Problem)と呼ぶ。
この特徴は、前述したステップS301で再定義した領域の構成法に起因する。仮に、この再定義を行わず、A1を、A7〜A8を除去した領域、即ち、作業T1のみを遂行可能な領域として定義し、同様にしてA7を、A9を除去した領域、即ち、作業T1とT5のみ遂行可能でA4は遂行不可能な領域、のように定義すると、3つ目の解は他の解に吸収され得ず、解の領域に重複して含まれるT4のような作業をどちらで遂行するか、という問題を生む。従って、上記ステップS301の再定義は有効である。
(1)被覆行数が最大である列を親とする。親を解の一部として採用する。
(2)親が被覆した行を削除する。これは、親が被覆した行はもう被覆する必要がないからである。
(4)全行が被覆されるまで、上記操作を繰り返す。
(5)親の列を削除した上で、新たに親を選択し、操作を繰り返す。既に得られている被覆に要する列数と同数で被覆できるものが解となる。親の被覆行数が小さくなっていくため、最少列数での被覆ができるか否かの判定は可能である。できなくなった時点で終了する。
次に、図1のステップS4へ進み、各領域内の各格子点上での最短時間で実行可能なロボットアーム3の作業順序を判定し、作業遂行時間を算出する。具体的には、各領域内の各格子点のコンフィグレーションを走行台車4がとったときに、複数の作業情報として与えられた手先コンフィグレーションをどの順序で達成すれば最短時間で作業が遂行可能かを(即ち、作業順序を)、スタッカ・クレーン問題(Stacker Crane Problem)を解くことで導出する。この場合、コストは作業遂行時間である。解となる順序での総コストが、その領域で遂行すべき作業を全て実現するのに要するコストである。
A3−A9−A12,A3−A12−A9,A9−A3−A12,
A7−A11−A12,A7−A12−A11,A11−A7−A12
の6種類である。一般に、n箇所の組の解がm個あれば、m*n!/2個の順列の種類がある。
(T.Kito,J.Ota,R.Katsuki,T.Mizuta,T.Arai,T.Ueyama,T.Nishiyama:Smooth Path Planning by Using Visibility Graph-like Methode,Proc.of IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation,to appear,(2003))
に記載された方法を用いれば良い。
そこで、計算量削減のため、「作業可能領域(作業箇所領域)同士は十分離れている」という条件を仮定する。「十分離れている」とは、「各領域内のどの位置姿勢を走行台車4が選択しようとも、それによる作業遂行時間・移動時間の差に、作業箇所を繋ぐ順序が影響されない程度」という意味である。この仮定により、作業箇所巡回順序を先に決定することが可能になる。
このような構成の本実施例においては、複数の作業について、移動ロボット1のロボットアーム3の可動作業空間内の領域を作業判定領域とすると共に、各作業判定領域内に設定間隔の格子点を配置するステップ(図1のステップS1参照)を備え、前記各格子点において前記移動ロボット1による作業が遂行可能であるか否かを判断して前記複数の作業に対応する作業可能領域を設定するステップ(図1のステップS2参照)を備え、前記複数の作業可能領域の重なりが最適となるように組み合わせるステップ(図1のステップS3参照)を備え、前記組み合わせた作業可能領域の重なった領域において、作業コストが最小となる作業箇所を求めることにより、最小停止箇所を決定するステップ(図1のステップS4、S5参照)を備えるように構成した。
更に、上記実施例では、移動ロボット1の各停止箇所の間の走行経路(移動経路)を、コストが最小となるように決定するステップ(図1のステップS5参照)を備えるように構成した。この構成によれば、移動ロボット1の走行経路(移動経路)がコスト最小の経路となるので、コスト(即ち、作業遂行時間)をより一層小さくすることができる。
Claims (6)
- 複数の作業について、ロボットのロボットアームの可動作業空間内の領域を作業判定領域とすると共に、各作業判定領域内に設定間隔の格子点を配置するステップと、
前記各格子点において前記移動ロボットによる作業が遂行可能であるか否かを判断して前記複数の作業に対応する作業可能領域を設定するステップと、
前記複数の作業可能領域の重なりが最適となるように組み合わせるステップと、
前記組み合わせた作業可能領域の重なった領域において、コストが最小となる作業箇所を求めることにより、最少停止箇所を決定するステップとを備えたことを特徴とするロボットの停止箇所決定方法。 - 前記各停止箇所において、前記ロボットのロボットアームの作業順序を最適化するステップを備えたことを特徴とする請求項1記載のロボットの停止箇所決定方法。
- 前記各停止箇所の間の走行経路を、コストが最小となるように決定するステップを備えたことを特徴とする請求項1または2記載のロボットの停止箇所決定方法。
- 複数の作業について、ロボットのロボットアームの可動作業空間内の領域を作業判定領域とすると共に、各作業判定領域内に設定間隔の格子点を配置する手段と、
前記各格子点において前記ロボットによる作業が遂行可能であるか否かを判断して前記複数の作業に対応する作業可能領域を設定する手段と、
前記複数の作業可能領域の重なりが最適となるように組み合わせる手段と、
前記組み合わせた作業可能領域の重なった領域において、コストが最小となる作業箇所を求めることにより、最小停止箇所を決定する手段とを備えたことを特徴とするロボットの停止箇所決定装置。 - 前記各停止箇所において、前記ロボットのロボットアームの作業順序を最適化する手段を備えたことを特徴とする請求項4記載のロボットの停止箇所決定装置。
- 前記各停止箇所の間の走行経路を、コストが最小となるように決定する手段を備えたことを特徴とする請求項4または5記載のロボットの停止箇所決定装置。
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