JP7335096B2

JP7335096B2 - ロボットシステムの障害物探索装置

Info

Publication number: JP7335096B2
Application number: JP2019107097A
Authority: JP
Inventors: 洋平鈴木; 達也近江
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2039-06-07
Also published as: US20200384646A1; JP2020199571A; DE102020206932A1; US11628567B2; CN112045674A

Description

本発明は、ロボットシステムの障害物探索装置に関する。

従来、例えば産業用ロボットなどのロボットを駆動する際には、予め入力した障害物の情報を基に、ロボットが障害物に干渉しない動作経路を自動で生成する技術を用いている。

例えば、特許文献１には、「探索装置を有する可動部位を駆動して行われる探索動作に関し、前記探索動作の対象領域を複数の部分領域に分割する分割部と、前記分割部で分割された前記複数の部分領域の探索順序をランダムに設定する第一設定部と、前記分割部で分割された個々の前記部分領域における探索方向を任意に設定する第二設定部と、前記第一設定部で設定された前記探索順序と前記第二設定部で設定された前記探索方向とに順って前記探索動作を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする、ロボット。」が示されている。

特許文献２には、「複数の関節を備え、先端部にエンドエフェクタを取り付けたロボットと、前記ロボットの教示データおよび作業プログラムを記憶する教示データ記憶部と、前記作業プログラムに基づき前記ロボットへの動作指令を生成する指令生成部と、前記動作指令によって前記ロボットの各関節のサーボモータを駆動するサーボ制御部とを備えたロボットコントローラと、前記ロボット制御装置に接続された教示装置とからなり、前記エンドエフェクタにより第１の所定位置に配置されたワークを把持して第２の所定位置へ嵌合する作業を行うロボットシステムにおいて、前記ロボットコントローラは、暫定的に教示されたワーク把持点および嵌合点、前記ワーク把持点と前記嵌合点との間の経由点の各位置と、前記ワーク把持点および嵌合点における前記エンドエフェクタの姿勢と、前記ロボット周辺に存在する障害物の位置とから前記障害物を回避して嵌合を行う作業プログラムを生成し、前記教示データ記憶部に記憶させる姿勢演算部を備えることを特徴とするロボットシステム。」が示されている。

特許文献３には、「三次元測定機で測定した点群データに基づいて対象物を三次元認識し、当該対象物の形状と位置と姿勢とを特定する三次元認識部と、該三次元認識部で特定した対象物の形状と位置と姿勢とが反映された対象物モデル表現を生成する対象物モデル表現部と、該対象物モデル表現部で生成した対象物モデル表現を表示する表示部と、外部からの指示情報に基づいて、前記表示部で表示されている対象物モデルからロボットで操作する操作対象モデルを特定し、さらに当該操作対象モデルのロボットによる動作シーケンスを生成するロボット動作シーケンス指示部と、該ロボット動作シーケンス指示部で指示した動作シーケンスに基づいて障害物を回避する前記ロボットの動作シーケンスを決定し、決定した動作シーケンスを前記表示部に出力するロボット動作シーケンス決定部とを備えたことを特徴とする遠隔操作支援装置。」が示されている。

特開２０１３－２４４５６６号公報特開２０１０－１４２９１０号公報特開２０１０－９４７７７号公報

しかしながら、上記従来のロボットシステム（ロボットシステムの障害物探索装置）においては、予め障害物の情報を用意し、動作経路生成装置に手動で入力する必要があり、結果、障害物を更新する度に入力手間が発生する。また、情報を誤入力してしまうことによって、ロボットが障害物に干渉するおそれもある。

本開示のロボットシステムの障害物探索装置の一態様は、障害物が存在する領域を自動的に特定し、ロボットが障害物に干渉しない動作経路を自動で生成できるようにするための装置であって、前記ロボットに装着した非接触の三次元測定部と、前記三次元測定部によって探索空間内の障害物を探索する障害物探索部と、を備える構成とした。

本開示のロボットシステムの障害物探索装置の一態様によれば、ロボットに非接触の三次元測定部（三次元測定機）を装着し、この三次元測定部を用いて障害物を探索するようにした。

これにより、ロボットが動くことで三次元測定部の位置や姿勢を自動で自在に変化させることができ、空間中の広い範囲を効率的且つ効果的に探索することが可能になる。また、死角が生じにくいため、障害物の隙間に潜り込むような動作も実現でき、効率的且つ精度よく効果的に、障害物が存在しない領域を特定することが可能になる。

よって、この探索結果を動作経路生成装置に出力／反映させることによって、従来のように手動で入力する必要が無く、且つ人為的ミスが生じることがなく、効率的で正確に障害物に干渉しないロボットの動作経路を作成／実現することが可能になる。

一態様のロボットシステムの障害物探索装置を示すブロック図である。一態様のロボットシステムの障害物探索装置を用いて障害物にロボットが干渉しない領域を特定する方法を示すフロー図である。一態様のロボットシステムの障害物探索装置を用いて障害物にロボットが干渉しない領域を特定するにあたり、探索領域を設定した状態を示す図である。一態様のロボットシステムの障害物探索装置を用いて障害物にロボットが干渉しない領域を特定するにあたり、探索領域を分割した状態を示す図である。一態様のロボットシステムの障害物探索装置を用いて探索を行う状態を示す図である。一態様のロボットシステムの障害物探索装置を用いて探索を行い、分割した領域の障害物の有無を特定してゆく状態を示す図である。一態様のロボットシステムの障害物探索装置を用いて探索を行い、分割した領域の障害物の有無を特定してゆく状態を示す図である。

以下、図１から図７を参照し、一実施形態に係るロボットシステムの障害物探索装置について説明する。ここで、本実施形態は、例えば産業用のロボットを駆動するにあたり、障害物が存在する領域を自動的に特定し、ロボットが障害物に干渉しない動作経路を自動で生成できるようにするための装置に関するものである。

本実施形態のロボットシステムの障害物探索装置Ａは、図１（及び図３）に示すように、ロボット１に装着した非接触の三次元測定機（三次元測定部）２と、三次元測定機２を利用して探索空間Ｒ内の障害物Ｍを探索する障害物探索部３とを備えている。

障害物探索部３は、図１（及び図４）に示すように、所定の空間を探索空間Ｒに設定する探索空間設定部４と、探索空間設定部４で設定した探索空間Ｒを所定の大きさの立方体領域Ｒ１に分割する探索空間分割部５と、探索空間分割部５で分割した探索空間Ｒ内の全ての立方体領域Ｒ１を「未探索」として設定し、その旨を管理リストなどにフラグ付けして示す未探索初期設定部６（フラグ付け部１０）と、を備えている。

さらに、障害物探索部３は、図１（及び図５、図６、図７）に示すように、ロボット１を動かし、三次元測定機２の位置と姿勢を更新しながら探索空間Ｒ内の立方体領域Ｒ１の障害物Ｍの有無を確認する障害物探索・確認部７と、例えば、障害物探索・確認部７で測定不能と判断された立方体領域Ｒ１以外の全ての立方体領域Ｒ１、すなわち、障害物Ｍが存在する立方体領域Ｒ１（Ｒ２）を除く立方体領域Ｒ１（Ｒ３）に対して、未探索の立方体領域Ｒ１（Ｒ３）の有無を確認する未探索領域確認部８と、障害物Ｍが存在しない立方体領域Ｒ３を「障害物無し」として設定し、その旨を管理リストなどにフラグ付けして示す障害物なし領域設定部９（フラグ付け部１０）と、を備えている。

本実施形態のロボットシステムの障害物探索装置Ａを用いて障害物Ｍが存在する領域Ｒ２を自動的に特定する方法について説明する。

まず、図２及び図３（図１）に示すように、ロボット１にレーザスキャナなどの非接触の三次元測定機（三次元測定部）２を装着し、ロボット１が動き、三次元測定機２の位置や姿勢を変化させることによって、自動で障害物Ｍを探索できるように準備する。

次に、図２及び図４（図１）に示すように、探索空間設定部４によって、ロボット１が移動しうる所定の空間を探索空間Ｒとして設定するとともに、探索空間分割部５によって、探索空間設定部４で設定した探索空間Ｒを所定の大きさの立方体領域Ｒ１に分割する（ＳＴＥＰ１）。

次に、未探索初期設定部６（フラグ付け部１０）によって、探索空間分割部５で分割した探索空間Ｒ内の全ての立方体領域Ｒ１を「未探索」として設定し、その旨を管理リストなどにフラグ付けする（ＳＴＥＰ２）。

次に、図２及び図５（図１）に示すように、障害物探索・確認部７によって、ロボット１を動かしながら三次元測定機２の位置と姿勢を更新し、探索空間Ｒ内の障害物Ｍの有無を確認してゆく（ＳＴＥＰ３、ＳＴＥＰ４）。

そして、測定範囲の立方体領域Ｒ１に障害物Ｍが存在しない場合には、障害物なし領域設定部９（フラグ付け部１０）によって、その立方体領域Ｒ１を障害物Ｍが存在しない立方体領域Ｒ３として設定／特定し、その旨を管理リストなどにフラグ付けして示す（ＳＴＥＰ５）。

また、測定可能且つ未探索の立方体領域Ｒ１が存在するか否かが確認され（ＳＴＥＰ６）、測定可能且つ未探索の立方体領域Ｒ１が存在しなければ、探索が終了する。

一方、測定範囲の立方体領域Ｒ１に障害物Ｍが存在する場合には、障害物Ｍが存在する立方体領域Ｒ１（Ｒ２）を「障害物有り」として設定し、その旨を管理リストなどにフラグ付けして示す（ＳＴＥＰ７）。また、これとともに、三次元測定機２と障害物Ｍが存在する立方体領域Ｒ１（Ｒ２）との間の立方体領域Ｒ１（Ｒ３）を障害物Ｍが存在しない立方体領域Ｒ３として設定／特定し、その旨を管理リストなどにフラグ付けして示す（ＳＴＥＰ８）。

次に、測定可能且つ未探索の立方体領域Ｒ１が存在するか否かが確認され（ＳＴＥＰ６）、測定可能且つ未探索の立方体領域Ｒ１が存在する場合には、障害物探索・確認部７によって、ロボット１を動かしながら三次元測定機２の位置と姿勢を更新し、探索空間Ｒ内の障害物Ｍの有無の確認を継続し（ＳＴＥＰ３、ＳＴＥＰ４）、上記と同様の操作を繰り返し行ってゆく。

測定可能且つ未探索の立方体領域Ｒ１が存在するか否かが確認され（ＳＴＥＰ６）、測定可能且つ未探索の立方体領域Ｒ１が存在しなければ、探索が終了する。

そして、上記構成からなる本実施形態のロボットシステムの障害物探索装置Ａにおいては、まず、ロボット１に非接触の三次元測定機２を装着し、この三次元測定機２を用いて障害物Ｍを探索するようにした。

これにより、ロボット１が動くことで三次元測定機２の位置や姿勢を自動で自在に変化させることができ、空間中の広い範囲を効率的且つ効果的に探索することが可能になる。また、死角が生じにくいため、障害物Ｍの隙間に潜り込むような動作も実現でき、効率的且つ精度よく効果的に、障害物Ｍが存在しない領域Ｒ３を特定することが可能になる。

よって、本実施形態のロボットシステムの障害物探索装置Ａによれば、探索結果を動作経路生成装置に出力／反映させることによって、従来のように手動で入力する必要が無く、且つ人為的ミスが生じることがなく、効率的で正確に障害物Ｍに干渉しないロボット１の動作経路を作成／実現することが可能になる。

また、本実施形態のロボットシステムの障害物探索装置Ａにおいては、任意の解像度を基に任意の探索空間Ｒを立方体領域Ｒ１で分割し、これを探索単位とすることによって、解像度が高いほど、立方体領域Ｒ１を小さく設定し、その数を増加させることができる。これにより、探索精度を必要に応じて自在に設定することができ、効率的で効果的に障害物Ｍに干渉しないロボット１の動作経路を作成／実現することが可能になる。

以上、ロボットシステムの障害物探索装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、探索空間Ｒを複数の立方体領域Ｒ１に分割するものとしたが、分割する領域は必ずしも立方体でなくてもよい。

１ロボット
２三次元測定機（三次元測定部）
３障害物探索部
４探索空間設定部
５探索空間分割部
６未探索初期設定部
７障害物探索・確認部
８未探索領域確認部
９障害物なし領域設定部
１０フラグ付け部
Ａロボットシステムの障害物探索装置
Ｍ障害物
Ｒ探索空間
Ｒ１立方体領域（分割領域）
Ｒ２障害物が存在する立方体領域（分割領域）
Ｒ３障害物が存在しない立方体領域（分割領域）

Claims

障害物が存在する領域を自動的に特定し、ロボットが障害物に干渉しない動作経路を自動で生成できるようにするための装置であって、
前記ロボットに装着した非接触の三次元測定部と、
前記三次元測定部によって探索空間内の障害物を探索する障害物探索部と、を備え、
前記障害物探索部は、
前記探索空間を設定する探索空間設定部と、
前記探索空間設定部で設定した前記探索空間を所定の大きさの複数の領域に分割する探索空間分割部と、
前記ロボットを動かし前記三次元測定部の位置と姿勢を更新しながら前記探索空間の分割した領域の障害物の有無を確認する障害物探索・確認部と、
障害物が存在する領域を除く領域に対し、未探索の領域の有無を確認する未探索領域確認部と、を備える、
ロボットシステムの障害物探索装置。
前記障害物探索部は、
前記探索空間分割部で分割した全ての領域を「未探索」として設定する未探索初期設定部と、
障害物が存在しない領域を「障害物無し」として設定する障害物なし領域設定部と、
を備える、
請求項１に記載のロボットシステムの障害物探索装置。