JP2018505785A - ２つのロボット間の衝突を回避するための方法 - Google Patents

Abstract

重複作業領域（６０）を備えた複数のロボット（２０、４０）を備えるロボットシステム（１０）では、ロボット（２０、４０）を、重複作業領域（６０）内で同時に作動させる場合にこれらの間に衝突のリスクが存在する。そのようなロボットシステム（１０）内の２つのロボット（２０、４０）間の衝突を回避するための方法は、第１のロボット（２０）によって実行（３６０）される第１のロボット動作（１９０）に関連する第１の動作情報（２４０）を提供するステップ（３２０）と、第１の動作情報（２４０）を取り出すステップ（３４０）と、複数の第２のロボット動作（２１０）に関し、これらの第２のロボット動作が第１と第２のロボット（２０、４０）間の衝突のリスクを伴うかどうかを決定するステップ（３５０）と、第２のロボット動作（２１０）の１つを実行するステップ（３６０）とを含む。ピックアンドプレースタスクを実施するように構成されたロボットシステム（１０）では、各々のロボット（２０、４０）は、しばしば、どの物品（１４０）を取り上げるかまたはどの空の場所（１６０）に物品（１４０）を置くかに応じて実行（３６０）することができる複数の利用可能なロボット動作を有する。１つのロボット（２０、４０）の動作についての情報により、重複作業領域（６０）を有する別のロボット（２０、４０）のロボット制御装置（７０、８０）が、利用可能なロボット動作の中から、２つのロボット（２０、４０）間の衝突のリスクを伴わない適切なものを選択（３３０）することが可能になる。【選択図】 図２

Description

本発明は、重複作業領域を有するロボットを備えるロボットシステムにおける衝突回避に関する。

本開示では、用語「作業領域」は、ロボット工作機が中で作動することができる容積を明示するために使用され、容積は、ロボットの機械的構造によって制約される。ロボットをそれらの作業領域が重複しないように十分に分離することによって、ロボット間の衝突を回避することは従来から知られている。しかし、そのようなロボットシステムは、その設置面積が大きくなるという欠点を有する。設置面積を減少させるために、ロボットは互いに近づけられ、それにより、その作業領域は重複する。重複作業領域を有するロボットシステムにおける衝突を回避するために、種々の解決策が提供されている。たとえば、ロボットの作業範囲は、作業領域より小さくなるようにソフトウェアによって限定され得る。それによって、ロボットを中で作動させない緩衝ゾーンが、ロボットが決して互いに衝突できないようにロボット間に画定され得る。しかし、そのようなロボットシステムでは、ロボットの作業領域のすべては利用されない。別の欠点は、緩衝ゾーン内では作動を実施できないことである。

米国特許出願公開第２００５０２７３２００Ａ１号は、ロボットの作業領域が重複するロボットシステムを開示する。ロボット間の衝突は、２つのロボットがそれらの作業領域の重複する部分に同時に入らないようにすることによって回避される。この解決策の欠点は、ロボットの能力のすべてが利用されないことであり、特に重複領域が大きい場合はそのようになる。

米国特許出願公開第２０１４０２３０５９４Ａ１号は、ロボットの作業領域が重複するロボットシステムを開示する。ロボット間の衝突は、ロボットを中央ロボット制御装置によって適切に制御することによって回避される。これがいかにして行われるかの詳細は与えられていないが、たとえば米国特許出願公開第２００５０２７３２００Ａ１号に開示された方法を利用することができる。

既存のロボットシステムを、ロボットの能力をより良好に活用しながら、その設置面積を小さく保つように改良することが、依然として望まれている。

本発明の１つの目的は、２つのロボット間の衝突を回避するための改良された方法であって、２つのロボット間の衝突のリスクを有さずに２つのロボットを重複作業領域内で同時に作動させることを可能にする、方法を提供することである。

本発明の別の目的は、ピックアンドプレースタスクを行うための改良されたロボットシステムを提供することである。

これらの目的は、付属の請求項１による方法および付属の請求項１０によるデバイスによって達成される。

本発明は、ピックアンドプレースタスクを行うように構成されたロボットシステム内では、各ロボットがしばしば、どの物品を取り上げるか、またはどの空の場所に物品を置くかに応じて実行することができる複数の利用可能なロボット動作を有するという認識に基づく。１つのロボットの動作についての情報により、重複作業領域を有する別のロボットのロボット制御装置が、利用可能なロボット動作の中から、２つのロボット間の衝突のリスクを伴わない適切なものを選択することが可能になる。

本発明の第１の態様によれば、第１の作業領域を有する第１のロボットと、第２の作業領域を有する第２のロボットとを備えるロボットシステムにおける２つのロボット間の衝突を回避するための方法であって、第１の作業領域は第２の作業領域と重複し、それによって重複作業領域を画定する、方法が、提供される。方法は、第１のロボットによって実行される第１のロボット動作に関連する第１の動作情報を提供するステップと、第１の動作情報を取り出すステップと、複数の第２のロボット動作に関して、これらの第２のロボット動作が第１と第２のロボット間の衝突のリスクを伴うかどうかを決定するステップと、第２のロボット動作の１つを実行するステップとを含む。

本発明の１つの実施形態によれば、方法は、第１および第２のロボットが重複作業領域内で同時に作動することを可能にする。

本発明の１つの実施形態によれば、第１の動作情報は、第１のロボットの少なくとも１つの位置を含む。

本発明の１つの実施形態によれば、第１の動作情報は、第１の開始位置および第１の終了位置を含む。

本発明の１つの実施形態によれば、第１の動作情報は、さらに、第１の開始位置と第１の終了位置の間の経路を含む。

本発明の１つの実施形態によれば、第１および第２のロボットは、ピックアンドプレースタスクを行うように構成され、それにより、各時点において、利用可能なロボット動作の数は、それぞれのロボットの作業領域内にあるまたはその中に入ろうとしている、それぞれの物品または空の場所の数に関連付けられ、複数の第２のロボット動作は、利用可能なロボット動作の中から選択される。

本発明の１つの実施形態によれば、複数の第２のロボット動作は、利用可能なロボット動作のすべてを含む。

本発明の１つの実施形態によれば、方法は、さらに、第１の動作情報をデジタルメモリ内に保存するステップを含む。

本発明の１つの実施形態によれば、方法は、さらに、第１の動作情報をデジタルメモリから削除するステップを含む。

本発明の第２の態様によれば、ピックアンドプレースタスクを行うように構成されたロボットシステムが、提供される。ロボットシステムは、第１の作業領域を有する第１のロボットと、第２の作業領域を有する第２のロボットとを備え、第１の作業領域は第２の作業領域と重複し、それによって重複作業領域を画定し、さらに、ロボットシステムは、第１および第２のロボットの動作を制御するための少なくとも１つのロボット制御装置を備える。ロボット制御装置は、上記で開示した本発明の態様および実施形態のいずれかによる方法を実行するように構成される。

本発明は、添付の図を参照してより詳細に説明される。

本発明の１つの実施形態によるロボットシステムの概略図である。 流れ図の形態の本発明の１つの実施形態を示す図である。

図１を参照すれば、本発明の１つの実施形態によるロボットシステム１０は、第１の作業領域３０を有する第１のロボット２０と、第２の作業領域５０を有する第２のロボット４０とを備える。第１の作業領域３０は、第２の作業領域５０と重複し、それによって重複作業領域６０を画定する。第１のロボット制御装置７０は、第１のロボット２０の動作を制御し、第２のロボット制御装置８０は、第２のロボット４０の動作を制御する。

ロボットシステム１０は、さらに、第１の方向１００に移動する製品コンベヤ９０と、第２の方向１２０に移動する第１の容器コンベヤ１１０と、これもまた第２の方向１２０に移動する第２の容器コンベヤ１３０とを備える。第２の方向１２０は、第１の方向１００の反対である。製品コンベヤ９０は、その上で、製品コンベヤ９０の長さおよび幅にわたってランダムに分散された物品１４０を輸送する。第１および第２の容器コンベヤ１１０、１３０は、それらの上で、物品１４０用の場所１６０を含む容器１５０を輸送する。場所１６０は、本明細書では、これらが物品１４０によって占有されているかどうかに応じて、空の場所１６０または占有された場所１６０と呼ばれる。物品１４０は、第１および第２のロボット２０、４０によって行われるピックアンドプレースタスクにおいて、製品コンベヤ９０から取り上げられ、容器１５０内の空の場所１６０に置かれるものである。ピックアンドプレースタスクを行うことは、第１および第２のロボット制御装置７０、８０による適切な制御を示唆する。適切な制御を提供するために、第１および第２のロボット制御装置７０、８０は、それぞれの第１および第２の作業領域３０、５０内にあるまたはその中に入ろうとしている製品コンベヤ９０上の物品１４０の位置および空の場所１６０の位置を知る必要がある。そのような情報は、それぞれのコンベヤ９０、１１０、１３０に関連する物品１４０および空の場所１６０の位置を決定する機械視覚システム（図示せず）によって、およびそれぞれのコンベヤ９０、１１０、１３０の速度を決定するコンベヤ制御装置によって提供され得る。

図１および２を参照すれば、各時点において、第１および第２のロボット２０、４０の各々は、いくつかの利用可能なロボット動作を有し、このロボット動作は、実行３６０される場合、ピックアンドプレースタスクを行うことに寄与する。この文脈における「利用可能なロボット動作」は、物品１４０を取り上げること、または置くことに関連するロボット動作１９０、２１０を意味する。また、物品１４０を取り上げる、または置くことに関連しないが、利用可能なロボット動作としてこれもまた考えられる、いくつかの例外的なロボット動作も存在し得る。そのような例外的なロボット動作の例は、本明細書の以下でさらに説明するような、特定の待機位置へのロボット動作１９０、２１０である。各時点において、利用可能なロボット動作の数は、それぞれの第１および第２の作業領域３０、５０内にある、またはその中に入ろうとしているそれぞれの物品１４０または空の場所１６０の数に関連付けられる。第１および第２のロボット制御装置７０、８０は、各時点において、利用可能なロボット動作の中からロボット動作１９０、２１０を選択３３０することができる。

図１に例示する状況の場合、第１のロボットグリッパ１７０は物品１４０を取り上げたところであり、一方で第２のロボットグリッパ１８０は、物品１４０を置こうとしているところであることが想定される。第１の容器コンベヤ１１０の速度が、第１のロボット２０が取り上げられた物品１４０を、第１の容器コンベヤ１１０上の真ん中の容器１５０内の空の場所１６０の任意のもの内に、または第１の容器コンベヤ１１０上の最も上側の容器１５０内の空の場所１６０の任意のものに置くことができるようなものであると想定する。第１のロボット２０は、それによって、図１に示す時点で（最終的な例外のロボット動作以外に）８つの利用可能なロボット動作を有する。さらに、第１のロボット制御装置７０が、取り上げられた物品１４０を第１の容器コンベヤ１１０上の真ん中の容器１５０内の右にある真ん中の場所１６０に置くために、第１の開始位置２６０および第１の終了位置２７０を有する第１のロボット動作１９０を実行３６０するように選択３３０すると想定する。第１の距離２００は、第１のロボット動作１９０中、第１の容器コンベヤ１１０の変位を例示する。これに対応して、製品コンベヤ９０の速度は、第２のロボット４０が、第２の作業領域５０内に現在ある３つの自由物品１４０および第２の作業領域５０内に入ろうとしている３つの物品１４０の任意のものを取り上げることができるようなものであると想定する。それによって第２のロボット４０は、これが置こうとしている物品１４０を置いた後、（最終的な例外的なロボット動作以外に）６つの利用可能なロボット動作を有する。

第１および第２のロボット制御装置７０、８０は、利用可能なロボット動作間で選択３３０するために異なる手順を適用することができる。たとえば、ロボット制御装置７０、８０は、それぞれの作業領域を離れようとしているこれらの物品１４０および空の場所１６０を優先してよく、またはこれは、利用可能なロボット動作の最も短いものを選択３３０することができる。しかし、利用可能なロボット動作間の選択の順序に関する考慮は、本発明に関連するものではない。米国特許出願公開第２０１２０１６５９７２Ａ１号に開示されるものなどの任意の前から知られている取り上げ手順が、本発明と組み合わせて、変更すべきところは変更して適用され得る。

第１および第２のロボット２０、４０の両方が重複作業領域６０内で作動するとき、これらの２つの間に衝突のリスクが存在する。衝突を回避するために、第１のロボット制御装置７０は、第１のロボット動作１９０に関連する第１の動作情報２４０を、コンピュータメモリなどの通信インターフェース２５０内に保存することによって提供３２０し、この通信インターフェースには第１および第２のロボット制御装置７０、８０の両方がアクセスする。第１の動作情報２４０は、第１の開始位置２６０および／または第１の終了位置２７０と、第１の開始位置２６０と第１の終了位置２７０の間の経路とを含むことができる。

図１に示す時点から続いて、第２のロボット４０が置こうとしている物品１４０を置いた後、第２のロボット制御装置８０は、第２のロボット動作２１０になる６つの利用可能なロボット動作のうち１つを選択３３０する。第２のロボット制御装置８０は、第２の作業領域５０内の最も左の物品１４０を取り上げるために、第２の開始位置２８０および第２の終了位置２９０を有する第２のロボット動作２１０を選択３３０する。第２の距離２２０は、第２のロボット動作２１０中、製品コンベヤ９０の変位を例示する。

衝突リスクの観点から、第２のロボット動作２１０の適切性を査定するために、第２のロボット制御装置８０は、通信インターフェース２５０から第１の動作情報２４０を取り出す３４０。第２のロボット制御装置８０は、次いで、適切な基準を適用して、第２のロボット動作２１０が、第１と第２のロボット２０、４０間の衝突のリスクを伴うかどうかを決定３５０する。第２のロボット制御装置８０が、第２のロボット動作２１０を実行３６０することが、第１と第２のロボット２０、４０間の衝突のリスクを伴わないと決定３５０する場合、第２のロボット制御装置８０は、第２のロボット動作２１０を実行３６０する。リスクを伴うと決定した場合、第２のロボット制御装置８０は、第２のロボット動作２１０になる（利用可能なロボット動作の数がその間変わらない限り）５つの残りの利用可能なロボット動作のうちの１つを選択３３０する。第２のロボット制御装置８０は、次いで、通信インターフェース２５０から（最後に取り出されて３４０以来変わっている可能性がある）第１の動作情報２４０を反復して取り出し３４０、第２のロボット動作２１０が第１と第２のロボット２０、４０間の衝突を引き起こすリスクがあるかどうかを決定３５０し、第２のロボット動作２１０が実行３６０されるまでに、第２のロボット動作２１０になる別の利用可能なロボット動作を選択３３０する。

好ましい実施形態によれば、第２のロボット制御装置８０は、第２のロボット動作２１０が第１と第２のロボット２０、４０間の衝突を引き起こすリスクがあるかどうかを決定３５０するたびに、通信インターフェース２５０から第１の動作情報２４０を取り出す３４０が、この取り出し３４０は、「ループ」ごとに行われることは必須ではない。代替的には、第２のロボット制御装置８０は、第１の動作情報２４０を一度だけ取り出し、第２のロボット動作２１０の１つが実行されるまで、この第１の動作情報２４０に対して各々の第２のロボット動作２１０に関する決定３５０を行うことができる。これは、特に、第２のロボット制御装置８０がすべての利用可能なロボット動作のための決定３５０を行う必要がある時間が、第１のロボット２０の物理的動作に関連して恐らく無視できる場合に当てはまる。さらに代替的には、第２のロボット制御装置８０は、特定の時間間隔において第１の動作情報２４０を取り出すことができる。

衝突のリスクを査定するための適切な基準は、（第１のロボット動作１９０の経路が第１の動作情報２４０に含まれることを前提として）第１と第２のロボット動作１９０、２１０間の最小距離２３０を算出することと、この最小距離２３０を所定の閾値と比較することとを含むことができる。別の適切な基準は、重複作業領域６０内での特定の方向のロボット動作１９０、２１０のそれぞれの開始および終了位置２６０、２８０、２７０、２９０、３１０の最小距離であることができる。たとえば、図１に例示する状況の場合、第１の開始位置２６０および第２の終了位置２９０が第１の方向１００に平行な方向に少なくとも３０ｃｍ離間される場合、衝突のリスクは存在しないことが決定３５０され得る。さらに同じ例を基にして、さらに、第１の開始位置２６０および第２の終了位置２９０が、第１の方向１００に平行な方向に３０ｃｍ未満で離間される場合であっても、第１の開始位置２６０および第２の終了位置２９０が、第１の方向１００に垂直な方向に少なくとも１０ｃｍ離間され、第１の開始位置２６０が第２の終了位置２９０の左にある場合は衝突のリスクは依然として存在しないことが決定され得る。衝突のリスクの適切な基準は、用途、特にロボット２０、４０（グリッパ１７０、１８０）および取り上げられる物品１４０の寸法に応じて指定され得る。

さらに、第２のロボット制御装置８０が、最小距離２３０が所定の閾値を下回るために、第２の開始位置２８０および第２の終了位置２９０を有する第２のロボット動作２１０が、第１と第２のロボット２０、４０間の衝突のリスクを伴うと決定３５０すると想定する。第２のロボット制御装置８０は、次いで、第２のロボット動作２１０になる５つの残りの利用可能なロボット動作の１つを選択３３０する。その後、第２のロボット制御装置８０は、第１の動作情報２４０を取り出すステップ３４０と、第２のロボット動作２１０が、第１と第２のロボット２０、４０間の衝突のリスクを伴うかどうかを決定するステップ３５０と、第２のロボット制御装置が、第２のロボット動作２１０が衝突のリスクを伴わないと決定３５０するまで、第２のロボット動作２１０になる別の利用可能なロボット動作を選択するステップ３３０とを繰り返す。第２のロボット制御装置８０は、次いで、第２のロボット動作２１０を実行３６０し、図１に例示する状況の場合、たとえば、最終的に第２の開始位置２８０および第３の終了位置３１０を有する第２のロボット動作２１０に行き着いて、第２の作業領域５０内の最も右にある物品１４０を取り上げることができる。第２のロボット制御装置８０は、特定の第２のロボット動作２１０を実行３６０し始めるとすぐに、第２のロボット動作２１０に関連する第２の動作情報３００を、第１のロボット制御装置７０が取り出せる３４０ように通信インターフェース２５０内に保存することによって提供３２０する。

重複作業領域６０内のロボット動作１９０、２１０に関する動作情報２４０、３００を提供するステップ３２０と、取り出すステップ３４０の間には適切な依存性が存在することを確実にすることが重要である。たとえば、第１のロボット制御装置７０が、「新しい」第１の動作情報２４０を提供３２０しており、一方で第２のロボット制御装置８０が、第２のロボット動作２１０が第１と第２のロボット２０、４０の間の衝突を引き起こすリスクを有するかどうかを決定３５０するために「古い」第１の動作情報２４０を使用することは、可能でないものとする。そのような状況は、取り出し３４０時に第２のロボット制御装置８０に第１の動作情報２４０および第２の動作情報３００の両方をチェックアウトさせることによって回避することができ、それにより、これらの情報が第２のロボット制御装置８０によって再度チェックインされるまで、第１のロボット制御装置７０によってこれらの情報をそれぞれ提供３２０も取り出し３４０もすることはできない。チェックインは、第２のロボット制御装置８０が第２の動作情報３００を提供３２０するとすぐに起こり得る。

第１のロボット制御装置７０は、その順番になると、第２のロボット制御装置８０に関して上記に説明したものに対応するステップをとり、両方のロボット制御装置７０、８０は、連続的に役割を変化させ、それにより、ピックアンドプレースタスクが２つのロボット２０、４０間の衝突のリスクを有することなく継続するようになる。

何らかの時点で、利用可能なロボット動作の数はゼロであってよく、または衝突のリスクがあるために、利用可能ロボット動作を実行３６０することができないことに留意されたい。そのような場合、それぞれのロボット２０、４０は停止し、それぞれのロボット制御装置７０、８０は、（いくつか存在するとすぐに）利用可能なロボット動作の中から、これらの１つを実行３６０できるまで選択３３０し続ける。代替的には、それぞれのロボット２０、４０は、特定の待機位置に移動され得る。この対策により、ロボットグリッパ１７０、１８０が重複作業領域６０内に停止することが、特に回避され得る。特定の待機位置までのロボット動作１９０、２１０は、利用可能なロボット動作であると考えることができるが、物品１４０を取り上げることにも置くことにも関連付けられない。そのようなロボット動作１９０、２１０は、他の利用可能なロボット動作が存在しない例外的な状況のみに行われる。

ロボット２０、４０がロボット動作１９０、２１０の終了位置２７０、２９０、３１０に到達するとすぐに、そのロボット動作１９０、２１０に関連する（次のロボット動作１９０、２１０の開始位置２７０、２８０になる）終了位置２７０、２９０、３１０を除く任意の動作情報２４０、３００を通信インターフェース２５０から削除することができる。

本発明は、上記で示す実施形態に限定されず、当業者は、これらの実施形態を、特許請求の範囲によって定義する本発明の範囲内で複数の方法において改変することができる。したがって、本発明は、２つのロボット２０、４０のみを備えるロボットシステム１０に限定されず、任意の適切な数のロボット２０、４０を備えるロボットシステム１０に適用することができる。さらに、個々のロボット２０、４０は、個々のロボット制御装置７０、８０によって必ずしも制御される必要はなく、共通のロボット制御装置７０、８０が、複数のロボット２０、４０を制御することができる。通信インターフェース２５０は、ロボット制御装置７０、８０の一体的部分となり得る。

Claims (10)

1. 第１の作業領域（３０）を有する第１のロボット（２０）と、第２の作業領域（５０）を有する第２のロボット（４０）とを備えるロボットシステム（１０）において２つのロボット（２０、４０）間の衝突を回避するための方法であって、前記第１の作業領域（３０）は、前記第２の作業領域（５０）と重複し、それによって重複作業領域（６０）を画定し、
   前記第１のロボット（２０）によって実行（３６０）される第１のロボットの動作（１９０）に関連する第１の動作情報（２４０）を提供するステップ（３２０）と、
   前記第１の動作情報（２４０）を取り出すステップ（３４０）と、
   複数の第２のロボットの動作（２１０）に関し、前記第２のロボットの動作が前記第１と第２のロボット（２０、４０）間の衝突のリスクを伴うかどうかを決定するステップ（３５０）と、
   前記第２のロボットの動作（２１０）の１つを実行するステップ（３６０）とを含む、方法。
2. 前記方法が、前記第１および第２のロボット（２０、４０）が前記重複作業領域（６０）内で同時に作動することを可能にする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の動作情報（２４０）が、前記第１のロボット（２０）の少なくとも１つの位置を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の動作情報（２４０）が、第１の開始位置（２６０）および第１の終了位置（２７０）を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の動作情報（２４０）が、さらに、前記第１の開始位置（２６０）と前記第１の終了位置（２７０）の間の経路を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１および第２のロボット（２０、４０）が、ピックアンドプレースタスクを行うように構成され、それにより、各時点において、利用可能なロボットの動作の数は、前記それぞれのロボット（２０、４０）の前記作業領域内にあるまたは前記作業領域内に入ろうとしているそれぞれの物品（１４０）または空の場所（１６０）の数に関連づけられ、前記複数の第２のロボットの動作（２１０）は、前記利用可能なロボットの動作の中から選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記複数の第２のロボットの動作（２１０）が、利用可能なロボットの動作のすべてを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の動作情報（２４０）をデジタルメモリ内に保存するステップをさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第１の動作情報（２４０）を前記デジタルメモリから削除するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. ピックアンドプレースタスクを行うように構成されたロボットシステム（１０）であって、第１の作業領域（３０）を有する第１のロボット（２０）と、第２の作業領域（５０）を有する第２のロボット（４０）とを備え、前記第１の作業領域（３０）は、前記第２の作業領域（５０）と重複し、それによって重複作業領域（６０）を画定し、また、前記ロボットシステムは、前記第１および第２のロボット（２０、４０）の動作を制御するための少なくとも１つのロボット制御装置（７０、８０）を備え、前記ロボット制御装置（７０、８０）は、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、ロボットシステム。
    

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