JP7500947B2 - 干渉評価装置、方法、及びプログラム - Google Patents

干渉評価装置、方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、干渉評価装置、干渉評価方法、及び干渉評価プログラムに関する。
複数のロボットの動作生成を行う際、従来技術では、ロボット同士の干渉を避けるために、ロボット実機を動かした上でセンサによりロボット同士の接近を検出したり、ロボット同士が干渉するかどうかシミュレーションを行って判定したりしている。
例えば、ワークとロボットからなる複数の可動物体間の干渉をチェックして、干渉が発生する動作プログラムを自動で修正する装置が提案されている。この装置は、複数の可動物体の形状データ及び動作プログラムを取得し、形状データに基づいて、複数の可動物体モデルを作成し、動作プログラムと可動物体モデルに基づいて、複数の可動物体モデルの動作をシミュレーションする。そして、この装置は、シミュレーション結果に基づいて、複数の可動物体モデル間の干渉の有無を判定する（特許文献１）。
特開２０１２－１８１５７４号公報
しかしながら、ロボット実機の近接を検出する場合には、回避軌道の始点が、ロボット同士が近接した状態になるため、軌道の生成が不可能、又は冗長な軌道になる場合があるという問題がある。また、特許文献１に記載の装置のように、シミュレーションを行う場合には、回避軌道を生成する必要があるか否かを判定するまでに、時間及び計算コストがかかるという問題がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数のロボットの動作生成を行う際に、ロボット同士の干渉リスクの評価にかかる計算コストを低減することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る干渉評価装置は、複数のロボットの各々の可動範囲の起点となる設置位置と、前記複数のロボットの各々の開始姿勢時における所定部位の位置である開始位置、及び終了姿勢時における前記所定部位の位置である終了位置とを取得する取得部と、前記複数のロボットの各々について、前記設置位置と、前記開始位置と、前記終了位置とを含む多角形に基づいて特定される多面体間の重複に基づいて、前記複数のロボット間の干渉リスクを評価する評価部と、を含んで構成される。
また、前記評価部は、前記多角形を前記ロボットの設置面である平面に投影した多角形を底面とし、前記平面の法線方向に所定の高さを持つ前記多面体を特定することができる。
また、前記評価部は、前記軌道情報に含まれる、前記開始位置及び前記終了位置以外の経由点の位置を頂点として更に含む前記多角形に基づいて、前記多面体を特定することができる。
また、前記取得部は、前記複数のロボットの各々の動作の軌道を示す軌道情報に含まれる開始姿勢に対応する前記開始位置、及び終了姿勢に対応する前記終了位置を取得することができる。
また、前記取得部は、前記複数のロボットの各々について、前記開始姿勢及び前記終了姿勢の情報を含む動作の軌道を示す軌道情報と、キネマティクス情報及び形状情報を含む仕様情報とを取得し、前記軌道情報及び前記仕様情報に基づいて、前記複数のロボットの各々の前記設置位置、前記開始位置、及び前記終了位置を計算することができる。
また、前記評価部は、前記軌道情報に含まれる、前記開始位置及び前記終了位置以外の経由点の位置を頂点として更に含む前記多角形に基づいて、前記多面体を特定することができる。
また、前記取得部は、複数の動作を含む作業について、動作毎に、前記軌道情報及び前記仕様情報を取得し、前記評価部は、前記作業を構成する複数の動作の組合せ毎に、前記ロボット間の干渉リスクを評価することで、前記作業全体のリスクを評価することができる。
また、前記評価部は、前記作業に含まれる複数の動作のうち、前記ロボット間で干渉リスクがある動作の割合が高いほど、前記作業全体のリスクが高いと評価することができる。
また、干渉評価装置は、前記開始姿勢から前記終了姿勢までの軌道を生成する生成部を更に含んで構成することができる。
また、前記生成部は、前記評価部により、前記ロボット間で干渉リスクがあると評価された場合に、干渉を回避するような回避軌道を生成することができる。
また、前記生成部は、前記複数のロボットが動作する周辺の物体の情報を含む周辺環境情報を取得し、前記多面体同士の重複部分、及び前記複数のロボット周辺の物体を回避する前記回避軌道を生成することができる。
また、前記生成部は、前記評価部により評価された干渉リスクが閾値以上の場合に、前記回避軌道を生成することができる。
また、本発明に係る干渉評価方法は、取得部が、複数のロボットの各々の可動範囲の起点となる設置位置と、前記複数のロボットの各々の開始姿勢時における所定部位の位置である開始位置、及び終了姿勢時における前記所定部位の位置である終了位置とを取得し、評価部が、前記複数のロボットの各々について、前記設置位置と、前記開始位置と、前記終了位置とを含む多角形に基づいて特定される多面体間の重複に基づいて、前記複数のロボット間の干渉リスクを評価する方法である。
また、本発明に係る干渉評価プログラムは、コンピュータを、複数のロボットの各々の可動範囲の起点となる設置位置と、前記複数のロボットの各々の開始姿勢時における所定部位の位置である開始位置、及び終了姿勢時における前記所定部位の位置である終了位置とを取得する取得部、及び、前記複数のロボットの各々について、前記設置位置と、前記開始位置と、前記終了位置とを含む多角形に基づいて特定される多面体間の重複に基づいて、前記複数のロボット間の干渉リスクを評価する評価部として機能させるためのプログラムである。
本発明に係る干渉評価装置、方法、及びプログラムによれば、複数のロボットの動作生成を行う際に、ロボット同士の干渉の評価にかかる計算コストを低減することができる。
第１～第５実施形態に係るロボット制御システムの概略構成を示す図である。 第１～第５実施形態に係る干渉評価装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る干渉評価装置の機能構成の例を示すブロック図である。 開始位置及び終了位置を説明するための図である。 設置位置と、開始位置と、終了位置とに基づく三角柱を説明するための図である。 三角柱同士の重複を用いた干渉のリスクの評価について説明するための図である。 三角柱同士の重複を用いた干渉のリスクの評価について説明するための図である。 第１実施形態における干渉評価処理の一例を示すフローチャートである。 評価処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る干渉評価装置の機能構成の例を示すブロック図である。 設置位置と、開始位置と、終了位置と、経由点とに基づく多面体と三角柱の比較を説明するための図である。 設置位置と、開始位置と、終了位置と、経由点とに基づく多面体を説明するための図である。 第２実施形態における干渉評価処理の一例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る干渉評価装置の機能構成の例を示すブロック図である。 第３実施形態における干渉評価処理の一例を示すフローチャートである。 第４実施形態に係る干渉評価装置の機能構成の例を示すブロック図である。 第４実施形態における干渉評価処理の一例を示すフローチャートである。 第５実施形態に係る干渉評価装置の機能構成の例を示すブロック図である。 第５実施形態における干渉評価処理の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法及び比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態に係るロボット制御システム１００は、干渉評価装置１０と、ロボット制御装置１２と、ロボット１６Ａ、１６Ｂとを含んで構成される。なお、図１の例では、ロボット制御システム１００に２台のロボット１６Ａ、１６Ｂが含まれる場合を示しているが、３台以上のロボットを含んでもよい。また、以下では、ロボット１６Ａ、１６Ｂを区別なく説明する場合には、単に「ロボット１６」と表記する。
ロボット１６は、例えば、３次元空間における動作に必要な６自由度の構成を備えた垂直多関節型のロボットである。なお、ロボット１６の自由度は、６自由度に冗長自由度を加えた７自由度としてもよい。ロボット１６は、干渉評価装置１０から出力される軌道情報に従って、ロボット制御装置１２により制御されて動作する。
ロボット制御装置１２は、干渉評価装置１０から出力される軌道情報に従って、ロボット１６の動作を制御する。
干渉評価装置１０は、ロボット１６Ａ、１６Ｂの各々を軌道情報に従って動作させた際の、ロボット１６Ａとロボット１６Ｂとの干渉のリスクを評価する。また、干渉評価装置１０は、干渉のリスクが高い場合に、干渉を回避する回避軌道を示す軌道情報を生成して、ロボット制御装置１２へ出力する。
本実施形態では、軌道情報とは、ロボット１６の手先（ロボットハンドなどのツールが取り付けられる側）の所定位置を、任意の始点から終点まで動作させるときのロボット１６の各時刻における姿勢と、姿勢を変化させる速度及び加速度とを時系列に並べたものである。ロボット１６の姿勢は、ロボット１６の手先の所定位置がある位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び姿勢（ｒｏｌｌ，ｐｉｔｃｈ，ｙａｗ）にあると想定した場合の、ロボット１６の第１関節（ジョイントＪ１）から第Ｎ関節（ジョイントＪＮ、Ｎはロボットの関節数）までの各関節の値（回転角度）の系列（θＪ１，θＪ２，・・・，θＪＮ）で表される。
図２は、本実施形態に係る干渉評価装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示すように、干渉評価装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２、メモリ３４、記憶装置３６、入力装置３８、出力装置４０、記憶媒体読取装置４２、及び通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）４４を有する。各構成は、バス４６を介して相互に通信可能に接続されている。
記憶装置３６には、干渉評価処理を実行するための干渉評価プログラムが格納されている。ＣＰＵ３２は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各構成を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ３２は、記憶装置３６からプログラムを読み出し、メモリ３４を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ３２は、記憶装置３６に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。
メモリ３４は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）により構成され、作業領域として一時的にプログラム及びデータを記憶する。記憶装置３６は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
入力装置３８は、例えば、キーボードやマウス等の、各種の入力を行うための装置である。出力装置４０は、例えば、ディスプレイやプリンタ等の、各種の情報を出力するための装置である。出力装置４０として、タッチパネルディスプレイを採用することにより、入力装置３８として機能させてもよい。記憶媒体読取装置４２は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の各種記憶媒体に記憶されたデータの読み込みや、記録媒体に対するデータの書き込み等を行う。
通信Ｉ／Ｆ４４は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。
次に、第１実施形態に係る干渉評価装置１０の機能構成について説明する。
図３は、干渉評価装置１０の機能構成の例を示すブロック図である。図３に示すように、干渉評価装置１０は、機能構成として、取得部２２と、評価部２４と、生成部２６とを含む。各機能構成は、ＣＰＵ３２が記憶装置３６に記憶された干渉評価プログラムを読み出し、メモリ３４に展開して実行することにより実現される。
取得部２２は、ロボット１６Ａ、１６Ｂの各々の設置位置と、ロボット１６Ａ、１６Ｂの各々の所定部位（本実施形態では、ロボット１６の手先）の開始位置及び終了位置とを取得する。設置位置、開始位置、及び終了位置の情報は、ユーザにより、干渉評価装置１０へ入力される。
開始位置は、ロボット１６Ａ、１６Ｂの各々が実行する動作の開始姿勢時における所定部位の位置であり、終了位置は、終了姿勢時における所定部位の位置である。図４に、開始位置Ｓ及び終了位置Ｇの一例を示す。
また、設置位置は、ロボット１６の可動範囲の起点となる位置である。例えば、ロボット１６の設置面をｘｙ平面、ｘｙ平面の法線方向をｚ軸とすると、図４に示すように、ｘ座標及びｙ座標を、ロボット１６のベースリンクＢＬの回転中心とし、ｚ座標を、リンクＬ１とリンクＬ２との接続機構である第２関節（ジョイントＪ２）の中心位置として、設置位置Ｒを定めることができる。なお、設置位置はこの例に限らず、ロボット１６の構成、可動範囲等を考慮して定めればよい。
取得部２２は、取得した設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇの情報を評価部２４へ受け渡す。
評価部２４は、ロボット１６Ａ、１６Ｂの各々について、設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、終了位置Ｇとを含む多角形に基づいて特定される多面体間の重複に基づいて、ロボット１６Ａ、１６Ｂの各々が動作を実行する際のロボット１６Ａ、１６Ｂ間の干渉のリスクを評価する。
具体的には、評価部２４は、図５に示すように、設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、終了位置Ｇとを頂点とする三角形１０１を、ロボット１６の設置面であるｘｙ平面に投影した三角形１０２を底面とし、所定の高さ（例えば、ロボット１６の手先の最高到達点）を持つ三角柱１０３を特定する。評価部２４は、更に、特定した三角柱１０３に所定のマージンを加えてもよい。なお、図５では、ロボット１６Ａについての符号には末尾にＡを付与し、ロボット１６Ｂについての符号には末尾にＢを付与している。
ここで、図６に示すように、ロボット１６Ａ、１６Ｂが同一平面上に設定されている場合には、設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、終了位置Ｇとを頂点とする三角形１０１同士の重複の有無のみで、干渉のリスクを評価することも可能である。しかし、ロボット１６は天吊り、壁掛けなどの設置も可能である。例えば、図７に示すように、ロボット１６Ａが壁面に設置され、ロボット１６Ｂが床面に設置されている場合など、ロボット１６Ａ、１６Ｂが同一平面上に設定されていない場合も想定される。このような場合、設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、終了位置Ｇとを頂点とする三角形１０１同士に重複部分が存在しない場合でも、三角柱１０３同士に重複部分が存在する場合もあり得る。
また、設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、終了位置Ｇとを頂点とする三角形１０１は、開始位置から終了位置までを最短距離で動いた場合の手先部分の軌道についてのみ評価していることになる。そのため、手先以外のリンクが干渉するリスクを評価できていない。
そこで、上述のような多面体（ここでは、三角柱１０３）を用いることにより、ロボット１６のベースから手先までのリンクを考慮した、特に垂直多関節ロボット１６に適したリスクの評価を行うことができる。
上記を踏まえて、評価部２４は、設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、終了位置Ｇとを頂点とする三角形１０１同士の重複の有無を評価し、重複部分が存在する場合には、干渉のリスクが高い（以下、「高リスク」ともいう）と評価する。また、評価部２４は、三角形１０１に重複部分が存在しない場合には、各ロボット１６について特定された三角柱１０３同士の重複の有無を評価し、重複部分が存在する場合には、高リスクと評価し、重複部分が存在しない場合は、干渉のリスクが低い（以下、「低リスク」ともいう）と評価する。評価部２４は、評価結果を生成部２６へ受け渡す。
生成部２６は、評価部２４により、ロボット１６間で干渉リスクがあると評価された場合に、干渉を回避する回避軌道を生成する。生成部２６は、評価部２４により特定された、各ロボット１６についての三角柱１０３同士の重複部分を回避するように回避軌道を生成する。なお、各ロボットについての三角形１０１同士の重複により高リスクと評価された場合には、生成部２６は、三角形１０１同士の重複部分を回避するように回避軌道を生成すればよい。
具体的には、生成部２６は、各ロボット１６の開始姿勢から終了姿勢までの動作を示す軌道情報と、各ロボット１６のキネマティクス情報及び形状情報を含む仕様情報とを取得する。ここで取得される軌道情報は、取得部２２により取得される開始位置及び終了位置に対応したものであり、モーションプランニングにより生成されたものであってもよいし、ユーザによるティーチングにより生成されたものであってもよい。そして、生成部２６は、開始姿勢から、三角柱１０３同士の重複部分を回避し、終了姿勢に至るまでの軌道を回避軌道として生成する。
又は、生成部２６は、取得した軌道情報が示す元の軌道において、干渉直前、すなわち三角柱１０３同士の重複部分に入る直前の第１中間姿勢と、干渉直後、すなわち三角柱１０３同士の重複部分から出た直後の第２中間姿勢とを特定する。そして、生成部２６は、三角柱１０３同士の重複部分を回避する部分的な軌道を生成し、開始姿勢から第１中間姿勢までの元の軌道と、生成した部分的な軌道と、第２中間姿勢から終了姿勢までの元の軌道とを組み合わせて、回避軌道を生成してもよい。
前者の回避軌道の場合、軌道全体が滑らかになる。後者の回避軌道の場合、元の軌道を利用するため、回避軌道生成のための処理コストを削減することができる。なお、生成部２６は、三角柱１０３同士の重複部分の体積が所定の閾値以上の場合には前者の生成方法、閾値未満の場合には後者の生成方法を選択して回避軌道を生成するようにしてもよい。
生成部２６は、生成した回避軌道を示す軌道情報をロボット制御装置１２へ出力する。また、生成部２６は、評価部２４により低リスクと評価されている場合には、取得した軌道情報をそのままロボット制御装置１２へ出力する。
これにより、ロボット制御装置１２により、ロボット１６Ａ、１６Ｂの動作が制御される。
次に、第１実施形態に係るロボット制御システム１００の作用について説明する。
図８は、干渉評価装置１０のＣＰＵ３２により実行される干渉評価処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ３２が記憶装置３６から干渉評価プログラムを読み出して、メモリ３４に展開して実行することにより、ＣＰＵ３２が干渉評価装置１０の各機能構成として機能し、図８に示す干渉評価処理が実行される。
ステップＳ１０で、取得部２２が、ユーザにより干渉評価装置１０へ入力された、ロボット１６Ａ、１６Ｂの各々の設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇを取得する。取得部２２は、取得した設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇの情報を評価部２４へ受け渡す。
次に、ステップＳ２０で、評価処理が実行される。ここで、図９を参照して、評価処理について説明する。
ステップＳ２２で、評価部２４が、各ロボット１６について、設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、終了位置Ｇとを頂点とする三角形１０１を特定する。
次に、ステップＳ２４で、評価部２４が、各ロボット１６について特定した三角形１０１同士に重複部分が存在するか否かを判定する。重複部分が存在する場合には、処理はステップＳ３２へ移行し、重複部分が存在しない場合には、処理はステップＳ２６へ移行する。
ステップＳ２６では、評価部２４が、各ロボット１６について、上記ステップＳ２２で特定した三角形１０１を、ロボット１６の設置面であるｘｙ平面に投影した三角形１０２を底面とし、所定の高さを持つ三角柱１０３を特定する。
次に、ステップＳ２８で、評価部２４が、各ロボット１６について特定した三角柱１０３同士に重複部分が存在するか否かを判定する。重複部分が存在する場合には、処理はステップＳ３２へ移行し、重複部分が存在しない場合には、処理はステップＳ３０へ移行する。
ステップＳ３０では、評価部２４が、「低リスク」という評価結果を生成部２６へ受け渡す。一方、ステップＳ３２では、評価部２４が、「高リスク」という評価結果を生成部２６へ受け渡す。そして、処理は干渉評価処理（図８）にリターンする。
次に、図８に示す干渉評価処理のステップＳ４０で、生成部２６が、評価部２４から受け渡された評価結果が「高リスク」か否かを判定する。高リスクの場合には、処理はステップＳ５０へ移行し、低リスクの場合には、処理はステップＳ７０へ移行する。
ステップＳ５０では、生成部２６が、各ロボット１６の軌道情報及び仕様情報を取得する。次に、ステップＳ６０で、生成部２６が、干渉のリスクを回避するように回避軌道を生成する。
次に、ステップＳ７０で、生成部２６が、回避軌道を生成した場合、すなわち高リスクの場合には、回避軌道を示す軌道情報をロボット制御装置１２へ出力する。また、生成部２６は、回避軌道を生成していない場合、すなわち低リスクの場合には、取得した軌道情報をそのままロボット制御装置１２へ出力する。そして、干渉評価処理は終了する。
以上説明したように、第１実施形態に係るロボット制御システムでは、干渉評価装置が、各ロボットの設置位置、開始位置、及び終了位置に基づく多面体（三角柱）の重複に基づいて、ロボット同士の干渉リスクを評価する。これにより、実機を動作させたり、シミュレーションを行ったりする必要がなく、ロボット同士の干渉の評価にかかる計算コストを低減することができる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態に係るロボット制御システムにおいて、第１実施形態に係るロボット制御システム１００と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図１に示すように、第２実施形態に係るロボット制御システム２００は、干渉評価装置２１０と、ロボット制御装置１２と、ロボット１６Ａ、１６Ｂとを含んで構成される。
図１０は、干渉評価装置２１０の機能構成の例を示すブロック図である。図１０に示すように、干渉評価装置２１０は、機能構成として、取得部２２２と、評価部２２４と、生成部２６とを含む。
取得部２２２は、各ロボット１６について、軌道情報及び仕様情報を取得し、軌道情報及び仕様情報に基づいて、各ロボット１６の設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇを計算する。
ここで、図１１に示すように、各ロボット１６の設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇに基づく三角柱１０３は、開始位置から終了位置までの最短距離の軌道を考慮した多面体となっている。そこで、第２実施形態では、開始位置から終了位置までの軌道上の経由点も考慮した多面体を用いて、より詳細かつ正確に干渉のリスクの評価を行う。そのため、取得部２２２は、図１２に示すように、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇとの間の１以上の経由点の位置Ｍも計算する。
具体的には、取得部２２２は、取得した仕様情報に基づいて、回転中心等のロボット１６の可動の起点となる予め定めた点の空間位置を設置位置Ｒとして計算する。また、取得部２２２は、各ロボット１６の軌道情報に含まれる開始姿勢、経由点の姿勢、及び終了姿勢と、仕様情報に含まれるキネマティクス情報とに基づいて、各姿勢時におけるロボット１６の手先の空間位置を開始位置Ｓ、経由点の位置Ｍ、及び終了位置Ｇとして計算する。
取得部２２２は、計算した各ロボット１６についての設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、経由点の位置Ｍ、及び終了位置Ｇの情報を評価部２２４へ受け渡す。
評価部２２４は、第１実施形態の三角柱１０３と同様に、図１２に示すように、各ロボット１６について、設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、経由点の位置Ｍと、終了位置Ｇとを頂点とする多角形２０１を、ロボット１６の設置面であるｘｙ平面に投影した多角形２０２を底面とし、所定の高さ（例えば、ロボット１６の手先の最高到達点）を持つ多面体２０３を特定する。なお、図１２では、ロボット１６Ａについての符号には末尾にＡを付与し、ロボット１６Ｂについての符号には末尾にＢを付与している。
図１１に示すように、三角柱１０３同士の重複の有無で干渉のリスクを評価した場合には、低リスクと評価される場合でも、図１２に示すように、経由点も考慮した多面体２０３を用いた場合には、ロボット１６Ａ、１６Ｂ間で多面体２０３同士の重複が存在しており、高リスクと評価される。
評価部２２４は、第１実施形態の評価部２４と同様に、多面体２０３同士の重複の有無により、干渉のリスクを評価する。
干渉評価装置２１０のハードウェア構成は、図２に示す、第１実施形態に係る干渉評価装置１０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。
次に、第２実施形態に係るロボット制御システム２００の作用について説明する。
図１３は、干渉評価装置２１０のＣＰＵ３２により実行される干渉評価処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ３２が記憶装置３６から干渉評価プログラムを読み出して、メモリ３４に展開して実行することにより、ＣＰＵ３２が干渉評価装置２１０の各機能構成として機能し、図１３に示す干渉評価処理が実行される。なお、図１３に示す干渉評価処理において、第１実施形態における干渉評価処理（図８）と同様の処理については、同一のステップ番号を付与して、詳細な説明を省略する。
ステップＳ２１０で、取得部２２２及び生成部２６の各々が、各ロボット１６について、軌道情報及び仕様情報を取得する。次に、ステップＳ２１２で、取得部２２２が、取得した軌道情報及び仕様情報に基づいて、各ロボット１６の設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、経由点の位置Ｍ、及び終了位置Ｇを計算する。
次に、ステップＳ２２０で、評価処理が実行される。評価処理は、第１実施形態における評価処理（図９）において、ステップＳ２２及びＳ２４の三角形１０１を多角形２０１と読み替え、ステップＳ２６及びＳ２８の三角柱１０３を多面体２０３と読み替えればよい。
以下、ステップＳ４０、Ｓ６０、及びＳ７０の処理が実行されて、干渉評価処理は終了する。
以上説明したように、第２実施形態に係るロボット制御システムでは、干渉評価装置が、各ロボットの設置位置、開始位置、経由点の位置、及び終了位置に基づく多面体の重複に基づいて、ロボット同士の干渉を評価する。これにより、実機を動作させたり、シミュレーションを行ったりする必要がなく、ロボット同士の干渉の評価にかかる計算コストを低減することができる。更に、第１実施形態のように三角柱を用いる場合より、詳細かつ正確に干渉のリスクを評価することができる。
なお、第２実施形態では、取得部が、軌道情報及び仕様情報に基づいて各位置を計算する場合について説明したが、これに限定されない。第１実施形態のように、ユーザにより入力された各位置の情報を取得するようにしてもよい。
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態に係るロボット制御システムにおいて、第１実施形態に係るロボット制御システム１００と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図１に示すように、第３実施形態に係るロボット制御システム３００は、干渉評価装置３１０と、ロボット制御装置１２と、ロボット１６Ａ、１６Ｂとを含んで構成される。
図１４は、干渉評価装置３１０の機能構成の例を示すブロック図である。図１４に示すように、干渉評価装置３１０は、機能構成として、取得部２２と、評価部３２４と、生成部３２６とを含む。
評価部３２４は、第１実施形態における評価部２４と同様に、各ロボット１６について、設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇに基づく三角柱１０３を特定し、三角柱１０３同士の重複に基づいて、干渉のリスクを評価する。
第２実施形態では、評価部３２４は、三角柱１０３同士の重複部分の位置及び体積に基づいて、リスク評価値を算出する。例えば、評価部３２４は、三角柱１０３同士の重複部分が、何れかのロボット１６の開始位置又は終了位置に近い場合には、回避軌道の生成が困難となるため、リスクが高くなるようにリスク評価値を算出する。また、評価部３２４は、三角柱１０３同士の重複部分の体積が大きいほど、リスクが高くなるようにリスク評価値を算出する。評価部３２４は、算出したリスク評価値を生成部３２６へ受け渡す。
生成部３２６は、評価部３２４から受け渡されたリスク評価値が予め定めた閾値以上の場合に、回避軌道を生成する。また、生成部３２６は、回避軌道を生成する際、軌道情報及び仕様情報に加え、ロボット１６Ａ、１６Ｂが動作する周辺の障害物等の物体の情報を含む周辺環境情報を取得する。そして、生成部３２６は、三角柱１０３同士の重複部分に加え、周辺の物体を回避する回避軌道を生成する。回避軌道の生成方法は、第１実施形態と同様である。
干渉評価装置３１０のハードウェア構成は、図２に示す、第１実施形態に係る干渉評価装置１０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。
次に、第３実施形態に係るロボット制御システム３００の作用について説明する。
図１５は、干渉評価装置３１０のＣＰＵ３２により実行される干渉評価処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ３２が記憶装置３６から干渉評価プログラムを読み出して、メモリ３４に展開して実行することにより、ＣＰＵ３２が干渉評価装置３１０の各機能構成として機能し、図１５に示す干渉評価処理が実行される。なお、図１５に示す干渉評価処理において、第１実施形態における干渉評価処理（図８）と同様の処理については、同一のステップ番号を付与して、詳細な説明を省略する。
ステップＳ１０～Ｓ２６を経て、各ロボット１６について三角柱１０３が特定されると、次のステップＳ３４０で、評価部３２４が、三角柱１０３同士の重複部分の位置及び体積に基づいて、リスク評価値を算出する。そして、評価部３２４は、算出したリスク評価値を生成部３２６へ受け渡す。
次に、ステップＳ３４２で、生成部３２６が、評価部３２４から受け渡されたリスク評価値が予め定めた閾値以上か否かを判定する。閾値以上の場合、すなわち高リスクの場合には、処理はステップＳ５０へ移行し、閾値未満の場合、すなわち低リスクの場合には、処理はステップＳ７０へ移行する。
以上説明したように、第３実施形態に係るロボット制御システムでは、干渉評価装置が、各ロボットの設置位置、開始位置、及び終了位置に基づく三角柱の重複に基づいて、ロボット同士の干渉を評価し、リスク評価値を算出する。そして、リスク評価値が閾値以上の場合に、回避軌道を生成する。これにより、実機を動作させたり、シミュレーションを行ったりする必要がなく、ロボット同士の干渉の評価にかかる計算コストを低減することができる。更に、リスクの度合いに応じて回避軌道を生成するか否かを柔軟に決定することができるため、不要な回避軌道の生成を抑制することができる。
また、回避軌道を生成する際に、三角柱同士の重複部分だけでなく、周辺環境情報に基づく障害物等の物体も回避するように生成するため、周辺の物体にも干渉しない回避軌道を生成することができる。
なお、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、取得部が、ユーザにより入力された各位置の情報を取得する場合について説明したが、これに限定されない。第２実施形態のように、取得部が、軌道情報及び仕様情報に基づいて各位置を計算するようにしてもよい。
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態に係るロボット制御システムにおいて、第１実施形態に係るロボット制御システム１００、及び第２実施形態に係るロボット制御システム２００と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図１に示すように、第４実施形態に係るロボット制御システム４００は、干渉評価装置４１０と、ロボット制御装置１２と、ロボット１６Ａ、１６Ｂとを含んで構成される。また、干渉評価装置４１０には、作業管理部１８（図１６参照）から出力される軌道情報及び仕様情報が入力される。
作業管理部１８は、複数の動作を含む作業を実行するためのタスクプランニングを行う。タスクプランニングは、作業に含まれる複数の動作の各々を表す軌道情報及びロボット１６の配置の組合せのうち、最適な組み合わせを決定することにより行われる。作業管理部１８は、この決定に、干渉評価装置４１０による評価結果を用いるため、動作毎に、軌道情報、及びロボット１６の配置の情報を含む仕様情報を、干渉評価装置４１０へ入力する。
図１６は、干渉評価装置４１０の機能構成の例を示すブロック図である。図１６に示すように、干渉評価装置４１０は、機能構成として、取得部４２２と、評価部４２４と、生成部２６とを含む。
取得部４２２は、作業管理部１８から入力される軌道情報及び仕様情報を取得し、取得した軌道情報及び仕様情報に基づいて、各ロボット１６について、設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇを計算する。
評価部４２４は、タスクプランニングの対象である作業に含まれる複数の動作の各々について、第１実施形態の評価部２４と同様に、取得部４２２で取得される、動作毎の軌道情報及び仕様情報に基づいて、各ロボット１６についての設置位置Ｒと、開始位置Ｓと、終了位置Ｇとに基づく三角柱１０３を特定する。そして、評価部４２４は、三角柱１０３同士の重複により、高リスクか低リスクかを評価する。
評価部４２４は、複数の動作の各々についての評価結果に基づいて、作業全体のリスク評価値を算出する。例えば、評価部４２４は、作業に含まれる動作のうち、高リスク、すなわち干渉リスクがあると評価された動作の割合を、作業全体の評価結果とすることができる。評価部４２４は、作業を構成する動作の組合せとして想定される全ての組合せについて、作業全体の評価結果を導出し、作業管理部１８へ出力する。
これにより、作業管理部１８で、例えば、高リスクの動作の割合が最小となる組合せ等、最適な動作の組合せが決定される。作業管理部１８は、組合せを決定すると、決定した組合せに含まれる各動作について、軌道情報及び仕様情報を干渉評価装置４１０へ入力する。
評価部４２４は、作業管理部１８から、決定した組合せに含まれる各動作の軌道情報及び仕様情報が入力された場合には、第１実施形態と同様に、干渉のリスクを評価する。
干渉評価装置４１０のハードウェア構成は、図２に示す、第１実施形態に係る干渉評価装置１０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。
次に、第４実施形態に係るロボット制御システム４００の作用について説明する。
図１７は、干渉評価装置４１０のＣＰＵ３２により実行される干渉評価処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ３２が記憶装置３６から干渉評価プログラムを読み出して、メモリ３４に展開して実行することにより、ＣＰＵ３２が干渉評価装置４１０の各機能構成として機能し、図１７に示す干渉評価処理が実行される。なお、図１７に示す干渉評価処理において、第１実施形態における干渉評価処理（図８）、及び第２実施形態における干渉評価処理（図１３）と同様の処理については、同一のステップ番号を付与して、詳細な説明を省略する。
ステップＳ２１０で、取得部４２２が、作業管理部１８から入力される軌道情報及び仕様情報を取得する。
次に、ステップＳ４１２で、取得部４２２が、取得した軌道情報及び仕様情報に基づいて、各ロボット１６について、設置位置Ｒ、開始位置Ｓ、及び終了位置Ｇを計算する。次に、ステップＳ２２及びＳ２６で、評価部４２４が、各ロボット１６について、三角柱１０３を特定する。
次に、ステップＳ４４０で、評価部４２４が、タスクプランニングの対象である作業に含まれる複数の動作の各々について、三角柱１０３同士の重複により、高リスクか低リスクかを評価する。
次に、ステップＳ４４２で、評価部４２４が、作業に含まれる動作のうち、高リスク、すなわち干渉リスクがあると評価された動作の割合を、作業全体の評価結果とする。
次に、ステップＳ４４４で、評価部４２４が、作業を構成する動作の組合せとして想定される全ての組合せについて、上記ステップＳ４４２で導出された作業全体の評価結果を作業管理部１８へ出力する。
これにより、作業管理部１８が、最適な動作の組合せを決定し、決定した組合せに含まれる各動作について、軌道情報及び仕様情報を干渉評価装置４１０へ入力する。
そして、次のステップＳ８０で軌道生成処理が実行される。軌道生成処理は、第１実施形態における干渉評価処理（図８）と同様である。
以上説明したように、第４実施形態に係るロボット制御システムでは、干渉評価装置が、複数の動作を含む作業について、動作の組合せ毎に干渉のリスクを評価することで、作業管理部により最適な動作の組合せが決定される。これにより、実機を動作させたり、シミュレーションを行ったりする必要がなく、ロボット同士の干渉を抑制したタスクプランニングを行うことができる。
なお、第４実施形態では、作業を構成する複数の動作のうち、高リスクと評価された動作の割合を作業全体の評価結果とする場合について説明したが、これに限定されない。例えば、第３実施形態と同様に、動作毎にリスク評価値を算出し、組合せ毎に、その組合せに含まれる動作について算出されたリスク評価値を合算するなどして統合した値を、作業全体のリスク評価値として算出するようにしてもよい。この場合、作業管理部は、リスク評価値が最も低い組合せを最適な組合せとして決定することができる。
また、上記干渉評価処理のステップＳ８０で実行される軌道生成処理として、第２実施形態における干渉評価処理（図１３）、又は第３実施形態における干渉評価処理（図１５）を実行してもよい。
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。なお、第５実施形態に係るロボット制御システムにおいて、第１実施形態に係るロボット制御システム１００、及び第３実施形態に係るロボット制御システム３００と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図１に示すように、第５実施形態に係るロボット制御システム５００は、干渉評価装置５１０と、ロボット制御装置１２と、ロボット１６Ａ、１６Ｂとを含んで構成される。
図１８は、干渉評価装置５１０の機能構成の例を示すブロック図である。図１８に示すように、干渉評価装置５１０は、機能構成として、取得部２２と、評価部３２４と、生成部５２６とを含む。
生成部５２６は、開始姿勢、終了姿勢、仕様情報、及び周辺環境情報を取得する。生成部５２６は、評価部３２４から受け渡されたリスク評価値が第１閾値以上の場合、干渉のリスクを回避するように、開始姿勢から終了姿勢までの回避軌道を生成する。また、生成部５２６は、リスク評価値が第１閾値未満の場合、開始姿勢と終了姿勢とを単純に結んだ軌道を生成する。さらに、生成部５２６は、リスク評価値が第１閾値より大きい第２閾値以上の場合、軌道を生成することなく、別の開始位置及び終了位置を入力するようにユーザに促すメッセージを出力装置４０に出力してもよい。第２閾値は、干渉のリスクが著しく大きい場合であることを判定できるような値を定めておく。
干渉評価装置５１０のハードウェア構成は、図２に示す、第１実施形態に係る干渉評価装置１０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。
次に、第５実施形態に係るロボット制御システム５００の作用について説明する。
図１９は、干渉評価装置５１０のＣＰＵ３２により実行される干渉評価処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ３２が記憶装置３６から干渉評価プログラムを読み出して、メモリ３４に展開して実行することにより、ＣＰＵ３２が干渉評価装置５１０の各機能構成として機能し、図１９に示す干渉評価処理が実行される。なお、図１９に示す干渉評価処理において、第１実施形態における干渉評価処理（図８）と同様の処理については、同一のステップ番号を付与して、詳細な説明を省略する。
ステップＳ９０で、リスク評価値算出処理が実行される。リスク評価値算出処理は、第３実施形態における干渉評価処理（図１５）のステップＳ１０～Ｓ３４０と同様である。
次に、ステップＳ５４２で、生成部５２６が、評価部３２４から受け渡されたリスク評価値が予め定めた第２閾値以上か否か、すなわち、干渉のリスクが著しく大きいか否かを判定する。第２閾値以上の場合には、処理はステップＳ５４４へ移行し、第２閾値未満の場合には、処理はステップＳ５５０へ移行する。
ステップＳ５４４では、生成部５２６が、別の開始位置及び終了位置を入力するようにユーザに促すメッセージを出力装置４０に出力し、干渉評価処理は終了する。
一方、ステップＳ５５０では、生成部５２６が、開始姿勢、終了姿勢、仕様情報、及び周辺環境情報を取得する。そして、次のステップＳ５５２で、生成部５２６が、開始姿勢と終了姿勢とを単純に結んだ軌道を生成する。
次に、ステップＳ５５４で、生成部５２６が、評価部３２４から受け渡されたリスク評価値が予め定めた第１閾値以上か否かを判定する。第１閾値以上の場合、すなわち高リスクの場合には、処理はステップＳ６０へ移行し、第１閾値未満の場合には、処理はステップＳ７０へ移行する。
ステップＳ５６０では、生成部５２６が、上記ステップＳ５５２で生成した軌道に、干渉を回避するような軌道を付加した回避軌道を生成する。
なお、上記ステップＳ５５０の後にステップＳ５５４の判定を行い、判定結果に応じて、軌道を生成するようにしてもよい。すなわち、リスク評価値が第１閾値以上の場合には、干渉のリスクを回避するように、開始姿勢から終了姿勢までの軌道を生成し、リスク評価値が第１閾値未満の場合には、上記ステップＳ５５２のような単純な軌道を生成してもよい。
以上説明したように、第５実施形態に係るロボット制御システムでは、干渉評価装置が、各ロボットの軌道情報が生成されていない段階で、各ロボットの設置位置、開始位置、及び終了位置に基づく三角柱の重複に基づいて、ロボット同士の干渉を評価する。そして、リスクの評価を行った後に、開始姿勢から終了姿勢までの軌道を生成し、干渉のリスクがある場合には、回避軌道を生成する。これにより、干渉のリスクがある場合には、不要な軌道の生成を行う必要がなくなり、処理コストを削減することができる。
また、上記各実施形態では、干渉評価装置とロボット制御装置とを別々の装置とする場合について説明したが、ロボット制御装置内に干渉評価装置を組み込む形態としてもよい。また、干渉評価装置の各機能構成を、それぞれ異なる装置で実現し、上記の干渉評価処理を分散処理により実現してもよい。
また、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した干渉評価処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、干渉評価処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
また、上記各実施形態では、干渉評価プログラムが記憶装置に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 干渉評価装置
１２ ロボット制御装置
１６ ロボット
１８ 作業管理部
２２、２２２、４２２ 取得部
２４、２２４、３２４、４２４ 評価部
２６、３２６、５２６ 生成部
３２ ＣＰＵ
３４ メモリ
３６ 記憶装置
３８ 入力装置
４０ 出力装置
４２ 記憶媒体読取装置
４４ 通信Ｉ／Ｆ
４６ バス
１００、２００、３００、４００、５００ ロボット制御システム

Claims (13)

  1. 複数のロボットの各々の可動範囲の起点となる設置位置と、前記複数のロボットの各々の開始姿勢時における所定部位の位置である開始位置、及び終了姿勢時における前記所定部位の位置である終了位置とを取得する取得部と、
    前記複数のロボットの各々について、前記設置位置と、前記開始位置と、前記終了位置とを含む多角形に基づいて特定される多面体間の重複に基づいて、前記複数のロボット間の干渉リスクを評価する評価部と、
    を含む干渉評価装置。
  2. 前記評価部は、前記多角形を前記ロボットの設置面である平面に投影した多角形を底面とし、前記平面の法線方向に所定の高さを持つ前記多面体を特定する請求項１に記載の干渉評価装置。
  3. 前記取得部は、前記複数のロボットの各々の動作の軌道を示す軌道情報に含まれる開始姿勢に対応する前記開始位置、及び終了姿勢に対応する前記終了位置を取得する請求項１又は請求項２に記載の干渉評価装置。
  4. 前記取得部は、前記複数のロボットの各々について、前記開始姿勢及び前記終了姿勢の情報を含む動作の軌道を示す軌道情報と、キネマティクス情報及び形状情報を含む仕様情報とを取得し、前記軌道情報及び前記仕様情報に基づいて、前記複数のロボットの各々の前記設置位置、前記開始位置、及び前記終了位置を計算する請求項１又は請求項２に記載の干渉評価装置。
  5. 前記評価部は、前記軌道情報に含まれる、前記開始位置及び前記終了位置以外の経由点の位置を頂点として更に含む前記多角形に基づいて、前記多面体を特定する請求項４に記載の干渉評価装置。
  6. 前記取得部は、複数の動作を含む作業について、動作毎に、前記軌道情報及び前記仕様情報を取得し、
    前記評価部は、前記作業を構成する複数の動作の組合せ毎に、前記ロボット間の干渉リスクを評価することで、前記作業全体のリスクを評価する
    請求項４又は請求項５に記載の干渉評価装置。
  7. 前記評価部は、前記作業に含まれる複数の動作のうち、前記ロボット間で干渉リスクがある動作の割合が高いほど、前記作業全体のリスクが高いと評価する請求項６に記載の干渉評価装置。
  8. 前記開始姿勢から前記終了姿勢までの軌道を生成する生成部を含む請求項１～請求項７の何れか１項に記載の干渉評価装置。
  9. 前記生成部は、前記評価部により、前記ロボット間で干渉リスクがあると評価された場合に、干渉を回避するような回避軌道を生成する請求項８に記載の干渉評価装置。
  10. 前記生成部は、前記複数のロボットが動作する周辺の物体の情報を含む周辺環境情報を取得し、前記多面体同士の重複部分、及び前記複数のロボット周辺の物体を回避する前記回避軌道を生成する請求項９に記載の干渉評価装置。
  11. 前記生成部は、前記評価部により評価された干渉リスクが閾値以上の場合に、前記回避軌道を生成する請求項９又は請求項１０に記載の干渉評価装置。
  12. 取得部が、複数のロボットの各々の可動範囲の起点となる設置位置と、前記複数のロボットの各々の開始姿勢時における所定部位の位置である開始位置、及び終了姿勢時における前記所定部位の位置である終了位置とを取得し、
    評価部が、前記複数のロボットの各々について、前記設置位置と、前記開始位置と、前記終了位置とを含む多角形に基づいて特定される多面体間の重複に基づいて、前記複数のロボット間の干渉リスクを評価する
    干渉評価方法。
  13. コンピュータを、
    複数のロボットの各々の可動範囲の起点となる設置位置と、前記複数のロボットの各々の開始姿勢時における所定部位の位置である開始位置、及び終了姿勢時における前記所定部位の位置である終了位置とを取得する取得部、及び、
    前記複数のロボットの各々について、前記設置位置と、前記開始位置と、前記終了位置とを含む多角形に基づいて特定される多面体間の重複に基づいて、前記複数のロボット間の干渉リスクを評価する評価部
    として機能させるための干渉評価プログラム。
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