JP7448024B2 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
ロボットの動作シーケンスを生成する動作シーケンス生成手段と、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行う第1ロボット制御手段と、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定する切替判定手段と、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行う第2ロボット制御手段と、を有し、
前記動作シーケンス生成手段は、
前記ロボットが実行すべきタスクを時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換手段と、
前記論理式から、前記タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成するタイムステップ論理式生成手段と、
前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットに実行させるサブタスクのシーケンスを、前記動作シーケンスとして生成するサブタスクシーケンス生成手段と、
を有する制御装置である。
コンピュータが、
ロボットの動作シーケンスを生成し、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行い、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定し、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行い、
前記動作シーケンスの生成において、前記コンピュータが、
前記ロボットが実行すべきタスクを時相論理に基づく論理式に変換し、
前記論理式から、前記タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成し、
前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットに実行させるサブタスクのシーケンスを、前記動作シーケンスとして生成する、
制御方法である。
ロボットの動作シーケンスを生成し、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行い、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定し、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行い、
前記動作シーケンスの生成において、
前記ロボットが実行すべきタスクを時相論理に基づく論理式に変換し、
前記論理式から、前記タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成し、
前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットに実行させるサブタスクのシーケンスを、前記動作シーケンスとして生成する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。
(1)システム構成
図1は、第1実施形態に係るロボット制御システム100の構成を示す。ロボット制御システム100は、主に、ロボットコントローラ1と、指示装置2と、記憶装置4と、ロボット5と、計測装置7と、を備える。
図2(A)は、ロボットコントローラ1のハードウェア構成を示す。ロボットコントローラ1は、ハードウェアとして、プロセッサ11と、メモリ12と、インターフェース13とを含む。プロセッサ11、メモリ12及びインターフェース13は、データバス10を介して接続されている。
次に、アプリケーション情報記憶部41が記憶するアプリケーション情報のデータ構造について説明する。
次に、ロボットコントローラ1の処理概要について説明する。概略的には、ロボットコントローラ1は、第1ロボット制御の実行中において、第2ロボット制御へ切り替える必要があると動作シーケンスに基づき判定した場合に、ロボット5の制御を第2ロボット制御へ切り替える。これにより、ロボットコントローラ1は、ロボット5の自動制御のみでは対応できない場合においても、ロボット5の制御モードを円滑に切り替えて目的タスクを好適に遂行する。
次に、動作シーケンス生成部16の詳細な処理について説明する。
図5は、動作シーケンス生成部16の機能的な構成を示す機能ブロックの一例である。動作シーケンス生成部16は、機能的には、抽象状態設定部31と、目標論理式生成部32と、タイムステップ論理式生成部33と、抽象モデル生成部34と、制御入力生成部35と、サブタスクシーケンス生成部36と、を有する。
まず、抽象状態設定部31は、物体モデル情報I6を参照し、作業空間の環境を認識する技術(画像処理技術、画像認識技術、音声認識技術、RFID(Radio Frequency Identifier)を用いる技術等)により計測信号S4を解析することで、認識結果Imを生成する。認識結果Imには、作業空間内の物体の種類、位置、及び姿勢などの情報が含まれている。また、作業空間内の物体は、例えば、ロボット5、ロボット5が取り扱う工具又は部品などの対象物、障害物及び他作業体(ロボット5以外に作業を行う人又はその他の物体)などである。
まず、目標論理式生成部32は、タスク指定情報Iaが示す目的タスクを、時相論理を用いた論理式に変換する。
□¬h
∧i□¬oi
(◇g2)∧(□¬h)∧(∧i□¬oi)
タイムステップ論理式生成部33は、目的タスクを完了するタイムステップ数(「目標タイムステップ数」とも呼ぶ。)を定め、目標タイムステップ数で目標論理式Ltagを満たすような各タイムステップでの状態を表す命題の組み合わせを定める。この組み合わせは、通常複数存在するため、タイムステップ論理式生成部33は、これらの組み合わせを論理和により結合した論理式を、タイムステップ論理式Ltsとして生成する。上述の組み合わせは、ロボット5に命令する動作のシーケンスを表す論理式の候補となり、以後では「候補φ」とも呼ぶ。
(◇g2)∧(□¬h)∧(∧i□¬oi)
この場合、タイムステップ論理式生成部33は、命題「gi」をタイムステップの概念を含むように拡張した命題「gi,k」を用いる。ここで、命題「gi,k」は、「タイムステップkで対象物iが領域Gに存在する」という命題である。ここで、目標タイムステップ数を「3」とした場合、目標論理式Ltagは、以下のように書き換えられる。
(◇g2,3)∧(∧k=1,2,3□¬hk)∧(∧i,k=1,2,3□¬oi,k)
抽象モデル生成部34は、抽象モデル情報I5と、認識結果Imとに基づき、抽象モデルΣを生成する。ここで、抽象モデル情報I5には、目的タスクの種類毎に、抽象モデルΣの生成に必要な情報が記録されている。例えば、目的タスクがピックアンドプレイスの場合には、対象物の位置や数、対象物を置く領域の位置、ロボット5の台数(又はロボットアーム52の数)等を特定しない汎用的な形式の抽象モデルが抽象モデル情報I5に記録されている。そして、抽象モデル生成部34は、抽象モデル情報I5に記録された、ロボット5のダイナミクスを含む汎用的な形式の抽象モデルに対し、認識結果Imを反映することで、抽象モデルΣを生成する。これにより、抽象モデルΣは、作業空間内の物体の状態と、ロボット5のダイナミクスとが抽象的に表されたモデルとなる。作業空間内の物体の状態は、ピックアンドプレイスの場合には、対象物の位置及び数、対象物を置く領域の位置、ロボット5の台数等を示す。
δ=1 ⇔ h(x)≧0
この式では、対象物を掴める程度に対象物の近傍にロボットハンドが存在する場合には、ロボットハンドが対象物を掴んでいるとみなし、論理変数δを1に設定している。
制御入力生成部35は、タイムステップ論理式生成部33から供給されるタイムステップ論理式Ltsと、抽象モデル生成部34から供給される抽象モデルΣとに基づき、最適となるタイムステップ毎のロボット5に対する制御入力を決定する。この場合、制御入力生成部35は、目的タスクに対する評価関数を定義し、抽象モデルΣ及びタイムステップ論理式Ltsを制約条件として評価関数を最小化する最適化問題を解く。評価関数は、例えば、目的タスクの種類毎に予め定められ、メモリ12又は記憶装置4に記憶されている。
サブタスクシーケンス生成部36は、制御入力生成部35から供給される制御入力情報Icnと、アプリケーション情報記憶部41が記憶するサブタスク情報I4とに基づき、動作シーケンスSrを生成する。この場合、サブタスクシーケンス生成部36は、サブタスク情報I4を参照することで、ロボット5が受け付け可能なサブタスクを認識し、制御入力情報Icnが示すタイムステップ毎の制御入力をサブタスクに変換する。
切替判定部18による第1ロボット制御から第2ロボット制御への切替の具体的形態である第1形態及び第2形態について順に説明する。第1形態では、ロボットコントローラ1は、動作シーケンスSrに組み込まれた外部入力型サブタスクに基づき、第2ロボット制御へのロボット5の制御の切替を計画的に実行する。一方、第2形態では、ロボットコントローラ1は、何らかの異常が発生した場合に、第2ロボット制御へのロボット5の制御の切替を緊急的に実行する。そして、これらのいずれの形態においても、切替判定部18は、第1ロボット制御から第2ロボット制御への切替を円滑に行う。
第1形態では、切替判定部18は、第2ロボット制御による実行が予め定められている外部入力型サブタスクの実行の有無に基づき、第1ロボット制御から第2ロボット制御への切替の要否を判定する。なお、サブタスク情報I4には、外部入力型サブタスクに関する情報が含まれている。そして、切替判定部18は、動作シーケンスSrの一部として組み込まれた外部入力型サブタスクの実行タイミングであると判定した場合、第1ロボット制御から第2ロボット制御への切替を指示する切替指令Swを、ロボット制御部17に供給する。
次に、第2形態について説明する。第2形態では、切替判定部18は、動作シーケンスSrと、計測されたロボット5の動作実行状況とに基づき、第1ロボット制御の継続の適否を判定する。この場合、切替判定部18は、動作シーケンスSrの生成時の計画に従い動作シーケンスSrを実行した場合に予測される状況と、計測された動作実行状況との間に所定量以上の時間的なずれ又は空間的なずれが生じた場合に、第1ロボット制御の継続が不適当とみなす。そして、切替判定部18は、第1ロボット制御の継続に支障があると判定した場合に、第1ロボット制御の継続が不適当とみなし、第2ロボット制御へ切り替える必要があると判定する。
まず、第2形態において、時間的なずれに基づく第1ロボット制御の継続の適否判定の具体例について具体的に説明する。
次に、第2形態において、空間的なずれに基づく第1ロボット制御の継続の適否判定の具体例について具体的に説明する。
切替判定部18は、目的タスクの完了までの1または複数の中間状態に基づき、複数の動作シーケンスSrが逐次的に生成される場合に、いずれかの動作シーケンスSrが正常に完了しなかったときに、第2ロボット制御への切替が必要と判定してもよい。
出力制御部15の処理の詳細について説明する。以後では、出力制御部15の制御に基づき指示装置2が表示するタスク指定画面と外部入力支援画面の各表示例について、図7~図9を参照して説明する。
図10は、第1実施形態においてロボットコントローラ1が実行するロボット制御処理の概要を示すフローチャートの一例である。
次に、第1実施形態の変形例について説明する。以下の変形例は任意に組み合わせて適用してもよい。
ロボットコントローラ1は、第2ロボット制御において作業者による外部入力を支援する情報を外部入力支援画面上に表示する制御を行う代わりに、又は、これに加えて、第2ロボット制御において作業者による外部入力を支援する情報を音により出力する制御を行ってもよい。この場合、ロボットコントローラ1の出力制御部15は、例えば、図8又は図9の外部入力支援画面を指示装置2に表示させる代わりに、又はこれに加えて、動作内容表示領域29に表示した外部入力に関するガイド文章に相当するガイダンスを指示装置2に音声出力させる。本変形例によっても、ロボットコントローラ1は、第2ロボット制御に必要な外部入力の生成を好適に支援することができる。
図5に示す動作シーケンス生成部16のブロック構成は一例であり、種々の変更がなされてもよい。
図11は、第2実施形態における制御装置1Xの概略構成図を示す。制御装置1Xは、主に、動作シーケンス生成手段16Xと、第1ロボット制御手段171Xと、切替判定手段18Xと、第2ロボット制御手段172Xとを有する。なお、制御装置1Xは、複数の装置から構成されてもよい。制御装置1Xは、例えば、第1実施形態におけるロボットコントローラ1とすることができる。
ロボットの動作シーケンスを生成する動作シーケンス生成手段と、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行う第1ロボット制御手段と、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定する切替判定手段と、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行う第2ロボット制御手段と、
を有する制御装置。
[付記2]
前記切替判定手段は、前記第1ロボット制御の実行中において、前記動作シーケンスと、前記ロボットの動作実行状況とに基づき、前記切替の要否を判定する、付記1に記載の制御装置。
[付記3]
前記切替判定手段は、前記第1ロボット制御の実行中において、前記動作シーケンスと、前記ロボットの動作実行状況とに基づき、前記動作シーケンスに基づく計画に対する時間的ずれ量を算出し、当該時間的ずれ量に基づき、前記切替の要否を判定する、付記1または2に記載の制御装置。
[付記4]
前記切替判定手段は、前記第1ロボット制御の実行中において、前記動作シーケンスと、前記ロボットの動作実行状況とに基づき、前記動作シーケンスに基づく計画に対する空間的ずれ量を算出し、当該空間的ずれ量に基づき、前記切替の要否を判定する、付記1~3のいずれか一項に記載の制御装置。
[付記5]
前記切替判定手段は、予測された前記ロボットの移動軌跡と計測された前記ロボットの移動軌跡との比較、又は、予測された前記ロボットの作業対象物の移動軌跡と計測された前記作業対象物の移動軌跡との比較に基づき、前記空間的ずれ量を算出する、付記4に記載の制御装置。
[付記6]
前記切替判定手段は、前記第1ロボット制御の実行中において、前記動作シーケンスを構成するいずれかの動作が正常に完了しなかったと判定した場合に、前記切替が必要と判定する、付記1~5のいずれか一項に記載の制御装置。
[付記7]
前記動作シーケンス生成手段は、前記ロボットが実行すべきタスクの完了までの1または複数の中間状態に基づき、前記タスクの開始から前記タスクの完了までに必要な複数の動作シーケンスを逐次的に生成し、
前記切替判定手段は、前記複数の動作シーケンスのいずれかの動作シーケンスが正常に完了しなかったと判定した場合に、前記切替が必要と判定する、付記1~5のいずれか一項に記載の制御装置。
[付記8]
前記動作シーケンス生成手段は、前記第2ロボット制御が必要な前記ロボットの動作を含む前記動作シーケンスを生成し、
前記切替判定手段は、前記第2ロボット制御が必要な前記動作の実行タイミングにおいて、前記切替が必要と判定する、付記1~7のいずれか一項に記載の制御装置。
[付記9]
前記第1ロボット制御手段は、前記第2ロボット制御が必要な前記動作が完了したと判定した場合、前記第1ロボット制御を再開する、付記8に記載の制御装置。
[付記10]
前記外部入力を支援する外部入力支援情報を表示又は音出力する出力制御手段をさらに有する、付記1~9のいずれか一項に記載の制御装置。
[付記11]
前記出力制御手段は、前記外部入力により指示する前記ロボットの動作内容に関する情報を、前記外部入力支援情報として表示又は音出力する、付記10に記載の制御装置。
[付記12]
前記動作シーケンス生成手段は、
前記ロボットが実行すべきタスクを時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換手段と、
前記論理式から、前記タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成するタイムステップ論理式生成手段と、
前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットに実行させるサブタスクのシーケンスを、前記動作シーケンスとして生成するサブタスクシーケンス生成手段と、
を有する、付記1~11のいずれか一項に記載の制御装置。
[付記13]
前記動作シーケンス生成手段は、
前記タスクに関する物体の抽象的な状態である抽象状態を、前記論理式において使用する命題として定める抽象状態設定手段をさらに有する、付記12に記載の制御装置。
[付記14]
コンピュータが、
ロボットの動作シーケンスを生成し、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行い、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定し、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行う、
制御方法。
[付記15]
ロボットの動作シーケンスを生成し、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行い、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定し、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行う処理をコンピュータに実行させるプログラムが格納された記憶媒体。
1X 制御装置
2 指示装置
4 記憶装置
5 ロボット
7 計測装置
41 アプリケーション情報記憶部
100 ロボット制御システム
Claims (9)
- ロボットの動作シーケンスを生成する動作シーケンス生成手段と、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行う第1ロボット制御手段と、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定する切替判定手段と、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行う第2ロボット制御手段と、を有し、
前記動作シーケンス生成手段は、
前記ロボットが実行すべきタスクを時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換手段と、
前記論理式から、前記タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成するタイムステップ論理式生成手段と、
前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットに実行させるサブタスクのシーケンスを、前記動作シーケンスとして生成するサブタスクシーケンス生成手段と、
を有する制御装置。 - 前記切替判定手段は、前記第1ロボット制御の実行中において、前記動作シーケンスと、前記ロボットの動作実行状況とに基づき、前記切替の要否を判定する、請求項1に記載の制御装置。
- 前記切替判定手段は、前記第1ロボット制御の実行中において、前記動作シーケンスと、前記ロボットの動作実行状況とに基づき、前記動作シーケンスに基づく計画に対する時間的ずれ量を算出し、当該時間的ずれ量に基づき、前記切替の要否を判定する、請求項1または2に記載の制御装置。
- 前記切替判定手段は、前記第1ロボット制御の実行中において、前記動作シーケンスと、前記ロボットの動作実行状況とに基づき、前記動作シーケンスに基づく計画に対する空間的ずれ量を算出し、当該空間的ずれ量に基づき、前記切替の要否を判定する、請求項1~3のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記切替判定手段は、予測された前記ロボットの移動軌跡と計測された前記ロボットの移動軌跡との比較、又は、予測された前記ロボットの作業対象物の移動軌跡と計測された前記作業対象物の移動軌跡との比較に基づき、前記空間的ずれ量を算出する、請求項4に記載の制御装置。
- 前記切替判定手段は、前記第1ロボット制御の実行中において、前記動作シーケンスを構成するいずれかの動作が正常に完了しなかったと判定した場合に、前記切替が必要と判定する、請求項1~5のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記動作シーケンス生成手段は、
前記タスクに関する物体の抽象的な状態である抽象状態を、前記論理式において使用する命題として定める抽象状態設定手段をさらに有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の制御装置。 - コンピュータが、
ロボットの動作シーケンスを生成し、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行い、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定し、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行い、
前記動作シーケンスの生成において、前記コンピュータが、
前記ロボットが実行すべきタスクを時相論理に基づく論理式に変換し、
前記論理式から、前記タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成し、
前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットに実行させるサブタスクのシーケンスを、前記動作シーケンスとして生成する、
制御方法。 - ロボットの動作シーケンスを生成し、
前記動作シーケンスに基づく前記ロボットの制御である第1ロボット制御を行い、
前記第1ロボット制御の実行中において、外部入力に基づく前記ロボットの制御である第2ロボット制御への切替の要否を、前記動作シーケンスに基づき判定し、
前記切替が必要と判定された場合、前記第2ロボット制御を行い、
前記動作シーケンスの生成において、
前記ロボットが実行すべきタスクを時相論理に基づく論理式に変換し、
前記論理式から、前記タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成し、
前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットに実行させるサブタスクのシーケンスを、前記動作シーケンスとして生成する処理をコンピュータに実行させるプログラム。
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