JP2011235378A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物との相互作用を伴うタスクをロボットに実行させるロボットの制御装置に関する。 The present invention relates to a robot control apparatus that causes a robot to execute a task involving interaction with an object.
近年、ロボットに対象物を把持させるなど、対象物との相互作用を伴うタスクをロボットに実行させるための様々な技術が提案されている(下記特許文献1参照)。
In recent years, various techniques have been proposed for causing a robot to perform a task that involves interaction with the object, such as causing the robot to grasp the object (see
しかしながら、把持する対象物との周囲には他の物体が存在していることが多く、対象物を把持するためには、他の物体との干渉を回避しながら対象物を把持させる必要があり、対象物との相互作用を伴うタスクを実行するために要する演算処理負荷が増大するという問題がある。 However, there are many other objects around the object to be grasped, and in order to grasp the object, it is necessary to grasp the object while avoiding interference with other objects. There is a problem that the processing load required to execute a task involving interaction with the object increases.
そこで、本発明は、以上の点に鑑み、処理負荷が増大することを抑制しつつ、ロボットに相互作用を伴うタスクを実行させることができるロボットの制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to provide a robot control apparatus that can cause a robot to execute a task involving interaction while suppressing an increase in processing load.
第1発明の制御装置は、基体と、前記基体に連結された肢体とを備えるロボットに、1または複数の対象物との相互作用を伴うタスクを実行させるロボットの制御装置であって、
前記対象物である第1対象物と、前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物との干渉可能性の有無をチェックする干渉判定手段と、
前記タスクを実行する一連の動作から、前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物が前記第1対象物に対して非接触状態から接触状態へ遷移する動作区分である第1動作区分と、前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物が前記第1対象物に対して接触状態から非接触状態へ遷移する動作区分である第2動作区分とのいずれか一方または両方を区分すると共に、前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方に連続する動作区分である第3動作区間を区分する動作区分手段と、
前記動作区分手段により区分された前記第1動作区分および第2動作区分では、前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物と前記第1対象物との前記干渉判定を前記干渉判定手段に省略させながら、前記第3動作区分では前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物と前記第1対象物との前記干渉判定を干渉判定手段に実行させ、前記タスクを実行する前記ロボットの時系列的な位置および姿勢を生成する行動計画手段と
を備えることを特徴とする。
A control apparatus according to a first aspect of the present invention is a robot control apparatus that causes a robot including a base body and a limb connected to the base body to perform a task involving interaction with one or more objects.
Interference determination means for checking whether or not there is a possibility of interference between the first object as the object and the robot or the second object integrated with the robot;
A first motion section that is a motion section in which the robot or a second object integrated with the robot transitions from a non-contact state to a contact state with respect to the first object from a series of operations for executing the task. And / or a second motion section that is a motion section in which the robot or the second object integrated with the robot transitions from the contact state to the non-contact state with respect to the first object. And an operation dividing means for dividing a third operation section which is an operation section that is continuous with either or both of the first operation section and the second operation section,
In the first action section and the second action section divided by the action section means, the interference judgment between the robot or the second object integrated with the robot and the first object is determined by the interference judgment means. In the third operation section, the interference determination unit executes the interference determination between the robot or the second object integrated with the robot and the first object, and executes the task. It is characterized by comprising action planning means for generating a time-series position and posture of the robot.
第1発明の制御装置によれば、タスクを実行する一連の動作から第1対象物に対する接触状態が遷移する動作区分を第1または第2動作区分として区分し、第1または第2動作区分では、第1対象物との間の干渉判定を省略することで、干渉演算モデルを細かくする必要がなくなり、結果として、第1対象物との間の干渉判定による演算処理負荷が増大することを抑制することができ、第1対象物以外の物体との干渉を回避することができる。 According to the control device of the first aspect of the present invention, the operation division in which the contact state with respect to the first object transitions from a series of operations for executing a task is classified as the first or second operation division, and in the first or second operation division, By omitting the interference determination with the first object, it is not necessary to make the interference calculation model finer, and as a result, the calculation processing load due to the interference determination with the first object is suppressed from increasing. And interference with objects other than the first object can be avoided.
一方で、第1および第2動作区分では、第1対象物は、ロボットまたはロボットと一体となった第2対象物と既に接触しているか、これから接触するものであるため、第1対象物との間の干渉判定を省略しても、(第1対象物以外の他の物体との干渉を回避できれば、)ロボットにタスクを実行させることができる。 On the other hand, in the first and second motion sections, the first object is already in contact with or in contact with the robot or the second object integrated with the robot. Even if the interference determination is omitted, the robot can execute the task (if interference with other objects other than the first object can be avoided).
さらに、第1および第2動作区分以外の第3動作区分では、第1対象物との間の干渉判定を実行することで、第1対象物を含めた他の物体との干渉を回避しながら、ロボットにタスクを実行させることができる。 Further, in the third motion section other than the first and second motion sections, while performing interference determination with the first object, avoiding interference with other objects including the first object. , You can let the robot perform tasks.
このように、第1発明の制御装置によれば、処理負荷が増大することを抑制しつつ、ロボットに相互作用を伴うタスクを実行させることができる。 As described above, according to the control device of the first aspect of the present invention, it is possible to cause the robot to execute a task involving interaction while suppressing an increase in processing load.
第2発明の制御装置は、第1発明において、
前記動作区分手段は、前記干渉判定手段が前記干渉判定を行う際の演算量が第1所定値以下となるように、前記タスクを実行する一連の動作から前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方を区分することを特徴とする。
The control device of the second invention is the control device according to the first invention,
The operation classifying unit is configured to perform the first operation class and the second operation from a series of operations for executing the task so that a calculation amount when the interference determination unit performs the interference determination is equal to or less than a first predetermined value. Any one or both of the divisions are classified.
第2発明の制御装置によれば、干渉判定に要する演算量が第1所定値以下となるように、タスクを実行する一連の動作から第1または第2動作区分が区分される。そのため、タスクを実行する際の干渉判定に要する演算処理負荷を第1所定値以下とすることができ、処理負荷が増大することを抑制しつつ、ロボットに相互作用を伴うタスクを実行させることができる。 According to the control device of the second invention, the first or second operation section is divided from a series of operations for executing the task so that the amount of calculation required for the interference determination is equal to or less than the first predetermined value. Therefore, the calculation processing load required for the interference determination at the time of executing the task can be made equal to or less than the first predetermined value, and it is possible to cause the robot to execute the task with interaction while suppressing an increase in the processing load. it can.
第3発明の制御装置は、第1または第2発明において、前記動作区分手段は、前記タスクを実行する一連の動作に対する前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方の比率が該タスクに応じて決定される第2所定値以上となるように、前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方を区分することを特徴とする。 The control device according to a third aspect is the control device according to the first or second aspect, wherein the operation division means is one or both of the first operation division and the second operation division for a series of operations for executing the task. One or both of the first operation division and the second operation division are divided so that the ratio is equal to or higher than a second predetermined value determined according to the task.
第3発明の制御装置によれば、タスクを実行する一連の動作に対する第1および第2動作区分の比率をタスクに応じて決定される第2所定値以上となるように、第1または第2動作区分が区分される。そのため、第1または第2動作区分の割合を第2所定値以上にして、これらの区間での処理負荷が増大することを抑制しつつ、相互作用を伴うタスクをロボットに実行させることができる。 According to the control device of the third aspect of the present invention, the first or second ratio is set so that the ratio of the first and second operation sections to the series of operations for executing the task is equal to or greater than the second predetermined value determined according to the task. The operation division is divided. For this reason, the ratio of the first or second motion section is set to the second predetermined value or more, and it is possible to cause the robot to execute a task involving interaction while suppressing an increase in processing load in these sections.
なお、ここでのタスクには、対象物の形状の複雑さ等により処理が必要となるタスクが含まれる。 The task here includes a task that needs to be processed due to the complexity of the shape of the object.
第4発明の制御装置は、第1〜第3発明のいずれかにおいて、
前記行動計画手段は、前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方における前記ロボットの時系列的な位置および姿勢を、前記第1対象物の形状に応じた回転と並進移動とのいずれか一方またはそれらの組み合わせを制約条件として生成することを特徴とする。
A control device according to a fourth aspect of the present invention provides the control device according to any one of the first to third aspects of the invention,
The action planning unit is configured to rotate and translate the time-series position and posture of the robot in one or both of the first motion section and the second motion section according to the shape of the first object. One of the movements or a combination thereof is generated as a constraint condition.
第4発明の制御装置によれば、第1または第2動作区分では、第1対象物の形状に応じた回転と並進移動を制約条件として、ロボットの時系列的な位置および姿勢が生成される。そのため、第1または第2動作区分では、ロボットの時系列的な位置および姿勢を容易に生成することができ、これらの区間での処理負荷が増大することを抑制しつつ、第1対象物に対する相互作用を伴うタスクをロボットに実行させることができる。 According to the control device of the fourth aspect of the invention, in the first or second motion section, the time-series position and posture of the robot are generated with the rotation and translational movements according to the shape of the first object as constraints. . Therefore, in the first or second motion section, the time-series position and posture of the robot can be easily generated, and an increase in the processing load in these sections is suppressed, and the first object is controlled. Tasks involving interactions can be executed by the robot.
次に、本発明のロボットの制御装置の実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。 Next, an embodiment of a robot control apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図1に示すように、ロボットの制御装置は、自律移動ロボットR(以下、ロボットRという)のコントローラ100およびサポートサーバ200により構成されている。
First, as shown in FIG. 1, the robot control device includes a
ロボットRは、基体10と、基体10の上部に設けられた頭部11と、基体10の上部左右両側から延設された左右の腕部12と、腕部12の先端部に設けられた手部14と、基体10の下部から下方に延設された左右の脚部13と、脚部13の先端部に取り付けられている足部15とを備えている。ロボットRは、再表03/090978号公報や、再表03/090979号公報に開示されているように、アクチュエータ1000(図3参照)から伝達される力によって、人間の肩関節、肘関節、手根関節、股関節、膝関節、足関節等の複数の関節に相当する複数の関節部分において腕部12や脚部13を屈伸運動させることができる。ロボットRは、左右の脚部13(または足部15)のそれぞれの離床および着床の繰り返しを伴う動きによって自律的に移動することができる。基体10の鉛直方向に対する傾斜角度と高さ方向を調整することによって、頭部11の位置姿勢、
手部14の到達可能な範囲すなわち作業の可能な範囲を調整され得る。なお、移動装置は複数の脚部13の動作によって自律的に移動するロボットRのほか、車輪式移動ロボット(自動車)等、移動機能を有するあらゆる装置であってもよい。
The robot R includes a
The reachable range of the
頭部11には、左右に並んでロボットRの前方に向けられた一対の頭カメラ(CCDカメラ)C1が搭載されている。基体10には、ロボットRの前側下部の検知領域A(C2)に赤外レーザ光線(電磁波)を出力し、その反射光の入力に応じた信号を出力する腰カメラC2が搭載されている。腰カメラC2はロボットRの前方下方にある物体の位置の測定、床面に付されているマークの形状および姿勢の認識に基づくロボットRの方位または姿勢の測定、および、台車等の運搬対象物に付されているマークの形状または姿勢の認識結果に基づくこの運搬対象物の位置または姿勢の測定等に用いられる。
The
ロボットRはハードウェアとしてのECUまたはコンピュータ(CPU,ROM,RAM,I/O等により構成されている。)により構成されているコントローラ100と、通信機器140(図2参照)とを備えている。コンピュータのメモリには制御プログラム(ソフトウェア)が格納されている。制御プログラムはCDやDVD等のソフトウェア記録媒体を通じてコンピュータにインストールされてもよいが、ロボットRからサーバに要求信号が送信されたことに応じて当該サーバによってネットワークや人工衛星を介して当該コンピュータにダウンロードされてもよい。
The robot R includes a
図2に示すように、コントローラ100は、入力装置101のほか、ロボットRに搭載された頭カメラC1、腰カメラC2、肩カメラC3、ロータリエンコーダ102、ジャイロセンサ103、GPS受信器104等の出力信号に基づき、アクチュエータ1000の動作を制御することにより、腕部12や脚部13の動作を制御する。コントローラ100は、サポートサーバ200からロボットRに対して送信された生成軌道にしたがって、このロボットRの行動を制御する。
As shown in FIG. 2, in addition to the
入力装置(ユーザ端末)101は、例えば、キーボードやタッチパネルなどの入力デバイスと、液晶ディスプレーなどのモニタを備えたパーソナルコンピュータからなる端末であって、コントローラ100との間で通信可能に構成されている。入力装置101は、ユーザがこれを操作することにより、ロボットRで実行可能なタスクを指定することができる。このように、入力装置101は、ロボットRの起動・停止・タスク実行などをユーザが指示してロボットRを遠隔操作するためのユーザインターフェースとして用いられると共に、頭カメラC1等の映像の表示などロボット自体の作動状況の監視に用いることもできる。
The input device (user terminal) 101 is a terminal composed of a personal computer including an input device such as a keyboard and a touch panel and a monitor such as a liquid crystal display, and is configured to be able to communicate with the
頭カメラC1、腰カメラC2等は、対象物や外界干渉物の挙動状態等、ロボットRの外部状態または環境を測定するためのセンサに相当する。 The head camera C 1 , the waist camera C 2, and the like correspond to sensors for measuring the external state or environment of the robot R, such as the behavior state of an object or an external interference object.
ロータリエンコーダ102、ジャイロセンサ103、GPS受信器104は、ロボットRの内部状態または挙動状態を測定するためのセンサ等に相当し、これには、図示しないロボットRに搭載されたバッテリの端子電圧を検出する電圧センサ、脚部13に作用する床反力に応じた信号を出力する力センサ等、ロボットRに搭載されている種々のセンサが内部状態センサ等が該当する。これらのセンサの検出値に基づいて、コントローラ100は、ロボットRの内部状態または挙動状態を認識する。
The
アクチュエータ1000は電動モータ等の駆動源のほか、駆動源の出力軸と腕部12や脚部13を構成するリンクとの間に設けられた減速機や、弾性部材等の柔軟要素により構成されている。
The
さらに、コントローラ100は、要求タスク生成部110と、画像処理部120と、将来外界予測部130と、通信機器140と、主制御部150とを備える。
Further, the
要求タスク生成部110は、入力装置101によるユーザの操作を解釈する機能を有し、入力装置101を介してユーザによって指定された要求タスクを認識し、要求タスクを実行するために要求される要求軌道群を作成する。ここで、要求軌道群は、タスクをその実行段階に応じておおまかに分割した場合の各段階で要求される軌道の集合体を指す。そして、要求タスク生成部110は、生成した要求軌道群を将来外界予測部130およびサポートサーバ200へ出力する。
The request
画像処理部120は、ステレオ処理部121と、障害物検出部122と、対象物認識部123とを備え、カメラC1〜C3で撮影した画像を処理して、撮影された画像からロボットRの周囲の状況を把握するため、周囲の障害物や対象物の認識を行う。
The
ステレオ処理部121は、左右の頭カメラC1,C1が撮影した2枚の画像の一方を基準としてパターンマッチングを行い、左右の画像中の対応する各画素の視差を計算して視差画像を生成し、生成した視差画像及び元の画像を障害物検出部122へ出力する。なお、この視差は、ロボットRから撮影された物体までの距離を表すものである。
The stereo processing unit 121 performs pattern matching on the basis of one of the two images taken by the left and right head cameras C1 and C1, calculates the parallax of each corresponding pixel in the left and right images, and generates a parallax image. The generated parallax image and the original image are output to the
障害物検出部122は、ステレオ処理部101から出力されたデータに基づき、撮影した画像中の障害物を検出する。
The
対象物認識部123は、検出した障害物からタスクの実行の際に相互作用を伴う対象物の形状等を抽出して、その大きさ、形状等から対象物を認識する。
The
なお、障害物検出部122で検出された障害物の領域、大きさ、形状と、対象物認識部123で認識された対象物の領域、大きさ、形状とは、将来外界予測部130へ出力される。
Note that the area, size, and shape of the obstacle detected by the
将来外界予測部130は、要求タスク生成部110により生成された要求軌道群と、障害物検出部122および対象物認識部123で認識された現時点での障害物および対象物から、タスクの実行段階に応じた将来の障害物および対象物の位置等を推定する。
The future external
すなわち、将来外界予測部130は、現時点から、タスクをその実行段階に応じておおまかに分割した場合の第1段階で要求される軌道に従ってロボットRを動作させた後の障害物および対象物の位置等を推定する。次に、この状態(第1段階の実行後)から、第2段階で要求される軌道に従ってロボットRを動作さえた後の障害物および対象物の位置等を推定する。以下、この推定を繰り返すことで、要求タスク生成部110により生成された要求軌道群に従ってロボットを動作させた各段階での障害物および対象物の位置等を推定する。
That is, the future external
主制御部150は、サポートサーバ200からロボットRに対して送信された生成軌道にしたがって、複数のアクチュエータ1000を制御し、生成軌道にこのロボットRの行動を追従させる。
The
サポートサーバ(CPU,ROM,RAM,I/O等により構成されている。)200は基地局(図示略)および通信網を介してロボットRとの通信機能を有している。 A support server (comprising a CPU, ROM, RAM, I / O, etc.) 200 has a communication function with the robot R via a base station (not shown) and a communication network.
サポートサーバ200は、動作区分処理部210と、軌道探索管理部220と、干渉判定部230とを備える。
The
動作区分処理部210は、要求タスク生成部110により生成された要求軌道群の各実行段階における一連の動作をさらに次のように区分する。
The motion
各段階の一連の動作を、(1)ロボットRまたはロボットRと一体となった第2対象物T2が第1対象物T1に対して非接触状態から接触状態へ遷移する(例えば対象物を把持する)動作区分である第1動作区分D1と、(2)ロボットRまたはロボットRと一体となった第2対象物T2が第1対象物T1に対して接触状態から非接触状態へ遷移する(対象物を放す)動作区分である第2動作区分D2と、(3)第1動作区分D1と第2動作区分D2とのいずれか一方または両方に連続する動作区分である第3動作区間D3とに区分する。 A series of operations at each stage is performed as follows: (1) The robot R or the second object T2 integrated with the robot R transitions from the non-contact state to the contact state with respect to the first object T1 (for example, gripping the object) (1) The first motion section D1 which is the motion section, and (2) the robot R or the second object T2 integrated with the robot R transitions from the contact state to the non-contact state with respect to the first object T1 ( A second motion segment D2 that is a motion segment (releasing the object), and (3) a third motion segment D3 that is a motion segment that is continuous with one or both of the first motion segment D1 and the second motion segment D2. Divide into
軌道探索管理部220は、要求タスク生成部110により生成された要求軌道群の各実行段階における一連の動作の軌道探索を行い、初期姿勢探索部221と、終端姿勢探索部222と、中間姿勢探索部223とを備える。
The trajectory
初期姿勢探索部221は、動作区分処理部210により区分された第2動作区分D2についての軌道探索を行う。
The initial
終端姿勢探索部222は、動作区分処理部210により区分された第1動作区分D1についての軌道探索を行う。
The terminal
中間姿勢探索部223は、動作区分処理部210により区分された第3動作区分D3についての軌道探索を行う。
The intermediate
なお、軌道探索管理部220による軌道探索については、後述する。
The trajectory search by the trajectory
干渉判定部230は、(A)画像処理部120の障害物検出部122で検出された障害物および対象物認識部123で認識された対象物と、(B)ロボットRまたはロボットと一体となった対象物との干渉可能性の有無をチェックする。
The
次に、図3を参照して本実施形態のロボットRの制御装置における処理内容を示す説明する。 Next, processing contents in the control device for the robot R of this embodiment will be described with reference to FIG.
まず、コントローラ100は、ユーザからのタスク実行の要求があるか否か判定する(図3/STEP10)。そして、ユーザが、入力装置101を介してロボットRの実行タスクを指定すると(図3/STEP10でYES)、コントローラ100の要求タスク生成部110が、要求軌道群を作成する(図3/STEP20)。なお、これと並行して主制御部150による処理(図3/STEP30〜)が実行されるが、主制御手段による処理内容については後述する。
First, the
ここで、ロボットRの実行タスクとしては、例えば、図4に示すようにテーブルW1上のカップW2をトレイW3に移動するタスクが指定される。かかるタスクに対して、要求タスク生成部110が、タスクの実行段階を第1〜第3階段階に分割し、各段階で要求される要求軌道群を生成する(図3/STEP20)。なお、図4において、破線で示す矢印は、ロボットRの手部14の位置軌道の一部を示している。
Here, as an execution task of the robot R, for example, a task for moving the cup W2 on the table W1 to the tray W3 is designated as shown in FIG. For such a task, the requested
ここで、第1〜第3段階は、軌道探索管理部220による処理単位を考慮した決定されるものである。すなわち、軌道探索管理部220では、第2動作区分D2(初期姿勢)から第3動作区分D3(中間姿勢)を経て第1動作区分D1(終端姿勢)へ至る一連の動作を処理単位としているため、要求タスク生成部110は、これを1つの段階として分割する。
Here, the first to third stages are determined in consideration of processing units by the trajectory
また、要求軌道群は、後述する姿勢探索(図3/STEP24〜26)を行う際の条件を各段階について規定したものである。すなわち、各段階について、ロボットRの目標軌道(目標姿勢軌道および目標姿勢軌道)として要求される軌道探索条件を規定したものである。 The required trajectory group defines conditions for performing a posture search (FIG. 3 / STEPs 24 to 26) described later for each stage. That is, for each stage, the trajectory search conditions required as the target trajectory (target posture trajectory and target posture trajectory) of the robot R are defined.
次いで、将来外界予測部130が、要求タスク生成部110により生成された要求軌道群と、障害物検出部122および対象物認識部123で認識された現時点での障害物および対象物から、タスクの実行段階に応じた将来の障害物および対象物の位置等を推定した将来外界状況群を作成する(図3/STEP21)。
Next, the future external
具体的に、将来外界予測部130は、図4に示す第1段階〜第3の各段階後のテーブルW1、カップW2、トレイW3の位置等の状況を推定した将来外界状況群を作成する。例えば、将来外界予測部130は、現在の状況からタスクを第2段階まで実行した後の状況(カップW2がトレイに移動された図4(f)の状況)を推定等することができる。
Specifically, the future outside
次に、サポートサーバ200は、コントローラ100から、軌道生成要求があるか否かを判定する(図3/STEP22)。
Next, the
軌道生成要求の有無は、要求タスク生成部110で作成された要求軌道群および将来外界予測部130で作成された将来外界状況群がサポートサーバ200へ送信の有無によりは判定される。
The presence / absence of a trajectory generation request is determined based on whether or not the requested trajectory group created by the requested
そして、軌道生成要求がある場合には(図3/STEP22でYES)、動作区分処理部210が、要求軌道群の各実行段階における一連の動作をその動作区分に応じて分割する(図3/STEP23)。一方、軌道生成要求がない場合には(図3/STEP22でNO)、この処理を終了する。
When there is a trajectory generation request (YES in FIG. 3 / STEP 22), the motion
具体的に、動作区分処理部210は、図4(a)および(b)に示す第1段階では、まず、カップW2を第1対象物T1として、ロボットRが第1対象物に対して非接触状態から接触状態に遷移する動作区分である第1動作区分D1を分割する(図4(b)参照)。そして、動作区分処理部210は、第1段階で第1動作区分D1に連続する動作区分を第3動作区分D3とする(図4(a)参照)。
Specifically, in the first stage shown in FIGS. 4A and 4B, the motion
ここで、図4(b)に示す第1動作区分D1の始点は、第1対象物であるカップを把持する動作の初期姿勢および初期位置により規定される。例えば、基体10を固定した状態で腕部12および手部14を動作させることにより第1対象物であるカップを把持することができる、ロボットRの初期姿勢および初期位置が第1動作区分D1の始点となる。これは、第2動作区分D2の始点についても同様である。
Here, the starting point of the first motion section D1 shown in FIG. 4B is defined by the initial posture and the initial position of the motion of gripping the cup that is the first object. For example, the
次いで、動作区分処理部210は、図4(c)〜(e)に示す第2段階では、まず、カップW2をロボットRと一体となったカップW2を第2対象物T2、テーブルW1を第1対象物T1として、ロボットRおよびこれと一体となったカップW2(T2)が、テーブルW1(T1)に対して接触状態から非接触状態に遷移する動作区分である第2動作区分D2を分割する(図4(c)参照)。さらに、カップW2をロボットRと一体となったカップW2を第2対象物T2、トレイW3を第1対象物T1として、ロボットRおよびこれと一体となったカップW2(T2)が、トレイW3(T1)に対して非接触状態から接触状態に遷移する動作区分である第1動作区分D1を分割する(図4(e)参照)。そして、第2段階で第2動作区分D2および第1動作区分D1に連続する動作区分を第3動作区分D3とする(図4(d)参照)。
Next, in the second stage shown in FIGS. 4C to 4E, the motion
同様に、動作区分処理部210は、図4(f)に示す第3段階では、まず、カップW2を第1対象物T1として、ロボットRが、カップW2(T1)に対して接触状態から非接触状態に遷移する動作区分である第2動作区分D2を分割する(図4(d)参照)。そして、動作区分処理部210は、第3段階で第2動作区分D2に連続する動作区分(基本姿勢への復帰)を第3動作区分D3とする(図示省略)。
Similarly, in the third stage shown in FIG. 4F, the motion
次に、軌道探索管理部220が、第1〜第3段階の各段階におけるロボットRの軌道を探索して、タスクの各段階におけるロボットRの時系列的な位置および姿勢を生成する(図3/STEP24〜27)。
Next, the trajectory
具体的には、第1〜第3段階の各段階について、初期姿勢探索部221が、第2動作区分D2についての軌道探索を行い(図3/STEP24)、終端姿勢探索部222が、第1動作区分D1についての軌道探索を行い(図3/STEP25)、中間姿勢探索部223が、第3動作区分D3についての軌道探索を行う(図3/STEP26)。
Specifically, for each of the first to third stages, the initial
ここで、軌道探索管理部220による軌道探索は、要求タスク生成部110により生成された、タスクの各実行段階で要求される要求軌道を満たす軌道を探索する。具体的には、ロボットRの各部位について、空間的な位置を代表する代表点の目標位置の時系列としての目標位置軌道と、目標姿勢の時系列としての目標姿勢軌道とを探索する。さらに、ロボットRと第2対象物T2が一体となっている場合には、第2対象物の空間的な位置を代表する代表点の目標位置の時系列としての目標位置軌道と、目標姿勢の時系列としての目標姿勢軌道とを併せて探索する。
Here, the trajectory search by the trajectory
このとき、軌道探索管理部220は、図5に示すように、タスクにおいて相互作用を伴う第1対象物T1については、第1対象物T1の形状に応じた回転と並進移動とのいずれか一方または両方を制約条件として目標位置軌道および目標姿勢軌道を探索する。
At this time, as shown in FIG. 5, the trajectory
具体的には、図5(a)に示すように、第1対象物T1の形状が円形である場合には、中心軸に対する回転を制約条件として、目標位置軌道および目標姿勢軌道を探索する。 Specifically, as shown in FIG. 5A, when the shape of the first object T1 is circular, the target position trajectory and the target posture trajectory are searched with the rotation about the central axis as a constraint.
一方、図5(b)に示すように、第1対象物T1の形状が筒型である場合のように軸方向の位置依存がない場合には、その軸方向の並進移動(正確には、筒体の底面高さ位置と上面高さ位置との間での並進移動)を制約条件として、目標位置軌道および目標姿勢軌道を探索する。 On the other hand, as shown in FIG. 5B, when there is no position dependency in the axial direction as in the case where the shape of the first object T1 is cylindrical, the translational movement in the axial direction (more precisely, The target position trajectory and the target posture trajectory are searched for using the translational movement between the bottom surface height position and the top surface height position of the cylinder as a constraint.
なお、図5(a)および(b)には、第1対象物T1の形状に応じて回転または並進移動を制約条件とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転と並進移動を任意に組み合わせて制約条件とすることができる。例えば、回転を制約条件とした後、並進移動を制約条件とし、再び回転を制約条件とする複数の回転と並進移動の組み合わせによる姿勢や、それらを時系列的に組み合わせた動作的な制約も採用し得る。 In addition, although FIG. 5 (a) and (b) demonstrated the case where rotation or translation was made into a constraint condition according to the shape of the 1st target object T1, it is not limited to this, rotation and Any combination of translational movements can be used as a constraint. For example, after using rotation as a constraint condition, adopting translational movement as a constraint condition, posture by a combination of multiple rotations and translational movements again as a constraint condition, and operational constraints that combine them in time series Can do.
以上説明した軌道探索管理部220による軌道探索において、初期姿勢探索部221が行う第2動作区分D2についての軌道探索では、ロボットRとロボットRと一体となった第2対象物T2と、第1対象物T1との干渉判定が省略される。
In the trajectory search by the trajectory
例えば、図4(c)に示す第2動作区分D2では、ロボットRとロボットRと一体となった第2対象物T2であるカップW2と、第1対象物T1であるテーブルW1との干渉判定部230による干渉判定が省略される。また、図4(f)に示す第2動作区分D2では、ロボットRと、第1対象物T1であるカップW2との干渉判定部230による干渉判定が省略される。
For example, in the second motion section D2 shown in FIG. 4C, the interference determination between the robot R and the cup W2 that is the second object T2 integrated with the robot R and the table W1 that is the first object T1. The interference determination by the
さらに、終端姿勢探索部222が行う第1動作区分D1についての軌道探索では、ロボットRとロボットRと一体となった第2対象物T2と、第1対象物T1との干渉判定が省略される。
Further, in the trajectory search for the first motion section D1 performed by the terminal
例えば、図4(a)に示す第1動作区分D1では、ロボットRと、第1対象物T1であるカップW2との干渉判定部230による干渉判定が省略される。また、図4(e)に示す第1動作区分D1では、ロボットRと一体となった第2対象物であるカップW2と、第1対象物T1であるトレイW3との干渉判定部230による干渉判定が省略される。
For example, in the first motion section D1 illustrated in FIG. 4A, the interference determination by the
これにより、第1動作区分D1および第2動作区分D2では、タスクにおける相互作用を伴う第1対象物T1との間の干渉判定による演算処理負荷が増大することを抑制することができる。 Thereby, in 1st operation | movement division D1 and 2nd operation | movement division D2, it can suppress that the calculation processing load by the interference determination with the 1st target object T1 with the interaction in a task increases.
また、第1動作区分D1および第2動作区分D2では、第1対象物T1は、ロボットRまたはロボットRと一体となった第2対象物T2と既に接触しているか、これから接触するものであるため、第1対象物T1との間の干渉判定を省略しても、第1対象物T1以外の他の物体との干渉を回避できれば、ロボットRにタスクを実行させることができる。 In the first motion section D1 and the second motion section D2, the first object T1 is already in contact with the robot R or the second object T2 integrated with the robot R, or will come into contact therewith. Therefore, even if the interference determination with the first object T1 is omitted, the robot R can execute the task if interference with other objects other than the first object T1 can be avoided.
一方、中間姿勢探索部223が行う第3動作区分D3についての軌道探索では、ロボットRとロボットRと一体となった第2対象物T2と、第1対象物T1を含めたすべての障害物との干渉判定が行われる。
On the other hand, in the trajectory search for the third motion category D3 performed by the intermediate
これにより、第1および第2動作区分以外の第3動作区分D3では、第1対象物T1との間の干渉判定を実行することで、第1対象物T1を含めて他の障害物との干渉を回避しながら、タスクを実行する一連の動作を実現することができる。 Thereby, in 3rd operation division D3 other than the 1st and 2nd operation division, by performing interference judgment with the 1st target object T1, it is with other obstacles including the 1st target object T1. A series of operations for executing a task can be realized while avoiding interference.
次に、軌道探索管理部220は、初期姿勢探索部221による第2動作区分D2の目標軌道(目標位置軌道および目標姿勢軌道、以下同じ)と、終端姿勢探索部222による第1動作区分D1の目標軌道と、中間姿勢探索部223によるこれらの区分の間を繋ぐ第2動作区分D3の目標軌道との全て目標軌道が生成されたか否かを判定する(図3/STEP27)。
Next, the trajectory
そして、全ての目標軌道が生成されている場合には(図3/STEP27でYES)、軌道探索管理部220が生成された目標軌道を図示しないメモリ等に記録し(図3/STEP28)、STEP23へリターンする。これにより、次のタスクの実行段階について、STEP23以降の処理を繰り返し実行する。
If all target trajectories have been generated (YES in FIG. 3 / STEP 27), the trajectory
一方、全ての目標軌道が生成されていない場合には(図3/STEP27でNO)、STEP24へリターンして、再度、STEP24以降の処理を実行する。 On the other hand, when all the target trajectories have not been generated (NO in STEP 27 in FIG. 3), the process returns to STEP 24 and the processes after STEP 24 are executed again.
以上が、要求タスクに応じて目標軌道を生成する一連の処理である。 The above is a series of processes for generating the target trajectory according to the requested task.
次に、説明を後回しにした主制御部150による処理(図3/STEP30〜STEP33)を説明する。
Next, processing (FIG. 3 / STEP 30 to STEP 33) performed by the
なお、主制御部150によるSTEP30〜の処理が、STEP20〜の処理と同時並行的に実行されるのは、主制御部150は、目標軌道の生成タイミングに拠らず、ロボットRにタスクを実行させるためである。すなわち、主制御部150は、STEP24〜26により目標軌道が生成されたタイミングで目標軌道に追従するように、アクチュエータ1000を制御するのではなく、STEP28でメモリ等に記録された目標軌道が蓄積されていれば、それを逐次処理する。これにより、目標軌道の生成タイミングに拠らず、ロボットRにタスク実行を行わせることができ、ロボットRの実行動作に連続性を持たせることができる。
It should be noted that the processing from STEP 30 to the
まず、主制御部150は、要求タスク生成部110が作成した要求軌道群を取得する(図3/STEP30)。
First, the
次いで、主制御部150は、軌道追従要求があるか否かを判定する(図3/STEP31)。
Next, the
そして、主制御部150は、軌道追従要求がない場合には(図3/STEP31でNO)、この処理を終了し、軌道追従要求がある場合には(図3/STEP31でYES)、軌道探索管理部220により軌道が生成されているか否かを判定する(図3/STEP32)。
When there is no trajectory follow-up request (NO in FIG. 3 / STEP 31), the
そして、軌道探索管理部220により生成された目標軌道が図示しないメモリ等に記録されている場合には(図3/STEP32でYES)、主制御部150は、ロボットRのアクチュエータ1000を制御することにより、生成された目標軌道にロボットRを追従させる(図3/STEP33)。
When the target trajectory generated by the trajectory
さらに、主制御部150は、目標軌道にロボットRが追従しているか否かを判定する(図3/STEP34)。
Further, the
そして、ロボットRが目標軌道に追従している場合には(図3/STEP34でYES)、STEP31へリターンして、次の軌道追従要求があるか否かを判定する。一方、ロボットRが目標軌道に追従していない場合には(図3/STEP34でNO)、ロボットRが目標軌道に追従するまでこの処理を繰り返す。
If the robot R follows the target trajectory (YES in STEP 34 in FIG. 3), the process returns to STEP 31 to determine whether there is a next trajectory follow-up request. On the other hand, when the robot R does not follow the target trajectory (NO in
なお、この場合に、目標起動に第1対象物T1への押し付け動作がある場合には、ロボットRの対象部位のアクチュエータ1000を制御してロボットRに押し付け動作を行わせる。
In this case, when the target activation includes a pressing operation against the first target T1, the
一方、(STEP32で)軌道探索管理部220により生成された目標軌道が図示しないメモリ等に記録されていない場合には(図3/STEP32でNO)、一定時間待機し、軌道探索管理部220により軌道が生成されたタイミングで(図3/STEP35でNO)、STEP33以降の処理を実行する。一方で、待機時間が経過してタイムアップした場合には(図3/STEP35でYES)、目標軌道が存在しないか、すでに生成されたすべての目標軌道についてロボットRの追従が完了したものとして、一連の処理を終了する。
On the other hand, if the target trajectory generated by the trajectory
以上が、本実施形態のロボットRの制御装置における処理内容であり、上述したように、かかる制御装置によれば、処理負荷が増大することを抑制しつつ、相互作用を伴うタスクを、干渉を回避して確実に実行させることができる。 The above is the processing content in the control device of the robot R of the present embodiment. As described above, according to such a control device, it is possible to suppress the task involving the interaction while suppressing an increase in the processing load. It can be avoided and executed reliably.
なお、上記実施形態では、第1動作区分D1および第2動作区分D2の始点は、その動作の初期姿勢および初期位置により予め規定されていたが、これに限定されるものではない。 In the above embodiment, the starting points of the first motion section D1 and the second motion section D2 are defined in advance by the initial posture and the initial position of the motion, but are not limited to this.
例えば、干渉判定部230が行う干渉判定の演算量が第1所定値以下となるように、動作区分処理部210が、第1動作区分D1の始点および第2動作区分D2の始点とをその都度決定するようにしてもよい。
For example, the motion
このとき、軌道探索管理部220は、第1動作区分D1および第2動作区分D2の予め規定された始点に基づいて、干渉判定に要する全演算量を推定した上で、その推定値が第1所定範囲以下となるように、第1動作区分D1および第2動作区分D2の始点を変更する。なお、変更される始点は、第1動作区分D1および第2動作区分D“の両方でもよいが、第2動作区分D2のみを変更することが好ましい。対象物に対して非接触状態となる第2動作区分D2は、接触状態へ遷移する第1動作区分D1に比して動作精度をある程度低下させることができるからである。
At this time, the trajectory
これにより、タスクを実行する際の干渉判定に要する演算処理負荷を第1所定値以下とすることができ、処理負荷が増大することを抑制しつつ、ロボットに相互作用を伴うタスクを実行させることができる。 Thereby, the calculation processing load required for the interference determination when executing the task can be reduced to the first predetermined value or less, and the robot is caused to execute the task with the interaction while suppressing an increase in the processing load. Can do.
また、タスクの各実行段階(第1〜第3動作区分のすべて)に対する第1動作区分D1と第2動作区分D2とのいずれか一方または両方の比率が所定の割合以上(第2所定値)となるように、動作区分処理部210が、第1動作区分D1の始点および第2動作区分D2の始点とをその都度決定するようにしてもよい。
In addition, the ratio of one or both of the first operation section D1 and the second operation section D2 to each execution stage of the task (all of the first to third operation sections) is equal to or higher than a predetermined ratio (second predetermined value). As described above, the motion
これにより、第1または第2動作区分の割合を第2所定値以上にして、これらの区間での処理負荷が増大することを抑制しつつ、相互作用を伴うタスクをロボットRに実行させることができる。 This makes it possible to cause the robot R to execute a task with an interaction while suppressing the increase in processing load in these sections by setting the ratio of the first or second motion section to the second predetermined value or more. it can.
また、上記実施形態では、ロボットRのコントローラ100による処理負荷を軽減すべく、動作区分処理部210、軌道探索管理部220および干渉判定部230をサポートサーバ200に設け、分散処理を行う構成について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、コントローラ100の各処理部110〜130,150と、サポートサーバの各処理部210〜230の一部または全部をコントローラ100に備え、残りの処理部をサポートサーバに備えるように構成してもよい。例えば、コントローラ100にすべての処理部を設けて、サポートサーバ200を備えない構成としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, a configuration is described in which the motion
さらに、上記実施形態では、情報端末である入力装置101によりタスクが指定される構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ロボットRが備えマイクロフォン等によりユーザの指示を音声認識するように構成してもよい。
Furthermore, although the above embodiment has described the configuration in which a task is specified by the
R…ロボット、100…コントローラ、101…入力装置、110…要求タスク生成部、120…画像処理部、130…将来外界予測部、150…主制御部、200…サポートサーバ、210…動作区分処理部(動作区分手段)、220…軌道探索管理部(行動計画手段)、221…初期姿勢探索部、222…終端姿勢探索部、223…中間姿勢探索部、230…干渉判定部(干渉判定手段)、D1…第1動作区分、D2…第2動作区分、D3…第3動作区分、T1…第1対象物、T2…第2対象物、W1…テーブル、W2…カップ、W3…トレイ。 R ... Robot, 100 ... Controller, 101 ... Input device, 110 ... Request task generation unit, 120 ... Image processing unit, 130 ... Future external world prediction unit, 150 ... Main control unit, 200 ... Support server, 210 ... Action division processing unit (Motion classification means), 220 ... trajectory search management section (behavior planning means), 221 ... initial posture search section, 222 ... end posture search section, 223 ... intermediate posture search section, 230 ... interference determination section (interference determination means), D1 ... 1st operation | movement division, D2 ... 2nd operation | movement division, D3 ... 3rd operation | movement division, T1 ... 1st target object, T2 ... 2nd target object, W1 ... Table, W2 ... Cup, W3 ... Tray.
Claims (4)
前記対象物である第1対象物と、前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物との干渉可能性の有無をチェックする干渉判定手段と、
前記タスクを実行する一連の動作から、前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物が前記第1対象物に対して非接触状態から接触状態へ遷移する動作区分である第1動作区分と、前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物が前記第1対象物に対して接触状態から非接触状態へ遷移する動作区分である第2動作区分とのいずれか一方または両方を区分すると共に、前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方に連続する動作区分である第3動作区間を区分する動作区分手段と、
前記動作区分手段により区分された前記第1動作区分および第2動作区分では、前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物と前記第1対象物との前記干渉判定を前記干渉判定手段に省略させながら、前記第3動作区分では前記ロボットまたは該ロボットと一体となった第2対象物と前記第1対象物との前記干渉判定を干渉判定手段に実行させ、前記タスクを実行する前記ロボットの時系列的な位置および姿勢を生成する行動計画手段と
を備えることを特徴とする制御装置。 A robot control device that causes a robot including a base and a limb connected to the base to perform a task involving interaction with one or more objects,
Interference determination means for checking whether or not there is a possibility of interference between the first object as the object and the robot or the second object integrated with the robot;
A first motion section that is a motion section in which the robot or a second object integrated with the robot transitions from a non-contact state to a contact state with respect to the first object from a series of operations for executing the task. And / or a second motion section that is a motion section in which the robot or the second object integrated with the robot transitions from the contact state to the non-contact state with respect to the first object. And an operation dividing means for dividing a third operation section which is an operation section that is continuous with either or both of the first operation section and the second operation section,
In the first action section and the second action section divided by the action section means, the interference judgment between the robot or the second object integrated with the robot and the first object is determined by the interference judgment means. In the third operation section, the interference determination unit executes the interference determination between the robot or the second object integrated with the robot and the first object, and executes the task. A control device comprising behavior planning means for generating a time-series position and posture of a robot.
前記動作区分手段は、前記干渉判定手段が前記干渉判定を行う際の演算量が第1所定値以下となるように、前記タスクを実行する一連の動作から前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方を区分することを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 1,
The action classifying means includes a first action class and a second action from a series of actions for executing the task so that a calculation amount when the interference judgment means performs the interference judgment is equal to or less than a first predetermined value. A control device that classifies one or both of the sections.
前記動作区分手段は、前記タスクを実行する一連の動作に対する前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方の比率が該タスクに応じて決定される第2所定値以上となるように、前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方を区分することを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 1 or 2,
The operation division means has a ratio of one or both of the first operation division and the second operation division to a series of operations for executing the task, which is equal to or higher than a second predetermined value determined according to the task. As described above, the control device divides one or both of the first operation section and the second operation section.
前記行動計画手段は、前記第1動作区分と前記第2動作区分とのいずれか一方または両方における前記ロボットの時系列的な位置および姿勢を、前記第1対象物の形状に応じた回転と並進移動とのいずれか一方またはそれらの組み合わせを制約条件として生成することを特徴とする制御装置。
The control device according to any one of claims 1 to 3,
The action planning unit is configured to rotate and translate the time-series position and posture of the robot in one or both of the first motion section and the second motion section according to the shape of the first object. One of the movements or a combination thereof is generated as a constraint condition.
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