JP2000339012A - Robot global motion path planning method and its control device - Google Patents

Robot global motion path planning method and its control device

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JP2000339012A
JP2000339012A JP11146667A JP14666799A JP2000339012A JP 2000339012 A JP2000339012 A JP 2000339012A JP 11146667 A JP11146667 A JP 11146667A JP 14666799 A JP14666799 A JP 14666799A JP 2000339012 A JP2000339012 A JP 2000339012A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a practical robot route planning method capable of quickly finding out a non-interference route and reducing the missing ratio of a searching route. SOLUTION: The robot global operation route planning method for executing two- step route search by using a geometrical model means for describing the arrangement of geometric shapes on a computer and an interference detection means for detecting interference between models has a process (1) for forming discrete space C having grating points obtained by roughly discretizing the space C or working space (S303) and finding out a sub-goal sequence from start arrangement up to goal arrangement through the grating points by using a graph searching procedure (S304) and a process (2) for selecting adjacent sub-goals from the found sub-goal sequence (S306), forming a discrete space C having grating points obtained by discretizing space including the selected sub-goals at a micro-interval shorter than that of the process (1) and executing processing for finding out a local micro-space route between sub-goals by using the graph searching procedure (S307). These processes (1), (2) are repeated and back tracking for returning operation to the process (1) if the process (2) fails and re-search processing are repeated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの作業環
境にある物体の幾何学的形状と、その配置を記述した計
算機上の幾何モデルを使ってロボットの動作経路を計画
する方法に関するものであり、特に、ロボットのスター
ト配置とゴール配置が与えられたとき、モデル同士の干
渉を検査する干渉検査手段を利用してロボットと作業環
境内の障害物とが干渉しないようにするロボットの大域
動作経路計画方法とその方法を実施する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of planning a motion path of a robot using a geometric model on a computer which describes a geometric shape of an object in a working environment of the robot and its arrangement. In particular, when a start arrangement and a goal arrangement of a robot are given, a global motion path of the robot that prevents interference between the robot and an obstacle in a work environment by using interference inspection means for inspecting interference between models. The present invention relates to a planning method and an apparatus for implementing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ロボットの障害物回避に係る経路計画問
題は、配置空間(C空間:Configurationspace)におけ
る、点の移動経路計画問題という形式に一般化すること
ができる。C空間はロボットの配置(Configuration )
を一意に決定するパラメータ空間である。図12は従来
のロボットが置かれている座標系およびロボットの配置
空間(C空間)を示す図であり、この図12を参照して
C空間について説明する。図12(a)、(b)はそれ
ぞれ2次元作業空間103における3自由度マニピュレ
ータ101、3自由度移動ロボット102を示してい
る。3自由度マニピュレータ101の場合、図12
(c)に示した関節空間(q1,q2,q3) はC空間とな
る。2次元作業空間内における移動ロボットの場合、作
業空間座標系を基準にしたロボット座標原点の位置 (X,
Y)とロボットの向きθの3自由度空間(X,Y,θ)はC空
間となる。C空間において障害物と干渉しない経路を求
めるためには、通常C空間の空間記述が必要になる。即
ち、作業空間103における障害物104a、104b
とロボット101の幾何学的形状およびその位置関係を
用いてC空間における障害物105a、105b(C空
間障害物)を記述し、C空間内の自由(非干渉)空間
(C自由空間)を求める必要がある。C空間記述に基づ
くロボットの経路計画方法は、ロードマップ法、セル分
解法、C空間離散化法、ポテンシャルフィールド法に大
別される。ロードマップ法と、セル分解法、C空間離散
化法の相違点は、C空間の記述法と、その記述に基づく
探索手法にある。ロードマップ法やセル分解法では、通
常、C空間の陽な記述が必要になる。2次元作業空間に
おける2自由度移動ロボットの場合は、C自由空間を陽
に記述することができる。すなわち、C空間障害物の境
界を陽に求めることができる。多関節マニピュレータの
場合は、C障害物を解析的に求める一般的手法は存在せ
ず、Slice Projection(Needle)法、SweptVolume法、P
oint Evaluation法などのC空間の離散化に基づく近似
手法によりC空間記述を求めるのが一般的である。ロー
ドマップ法やセル分解法は2次元作業空間における移動
ロボットの経路計画問題に適しており、C空間離散化法
は多関節マニピュレータの経路計画問題に適している。
ポテンシャルフィールド法は、ゴール配置からロボット
に作用する引力、障害物からロボットに作用する斥力、
ロボットを動作範囲内に留める斥力の和からなる人工ポ
テンシャル関数を定義し、ポテンシャル関数のC空間に
おける最急勾配方向に経路を探索する方法である。多関
節マニピュレータの場合は、C障害物を陽に記述するの
は困難なため、リンクにいくつかの代表点を設け、各代
表点から一定距離内にある障害物からそれぞれの代表点
に作用する斥力を作業空間で定義する。ゴール配置以外
のポテンシャル極小点を如何に避けるか、現実的に計算
可能なポテンシャル関数を如何に導出するかが課題とな
る。これら従来方式は、文献「Y.K.Hwang and N.Ahuja
: Gross Motion Planning-A Survey, ACM Computing S
urveys, Vol.24, No.3, pp.219-291, 1992」に詳しくま
とめられているので、詳細は省略する。経路計画問題
は、計算の複雑性理論(Computational Complexity Tho
ery )によれば、NP(Nondeterministic Polymonial )
--hardと呼ばれる解の導出が非常に困難な問題に属す
る。ロボットの自由度、障害物の数、障害物の面の数な
どが大きくなるに従って、現実的な時間内では障害物回
避経路を求めることができなくなる。上の従来法を現状
の100MIPS 程度の計算機を用いて数十分以内に経路が求
まるという基準で評価すると、ロードマップ法やセル分
解法は、2次元作業空間内における移動ロボット、C空
間離散化法やポテンシャルフィールド法は、3次元作業
空間内における6自由度マニピュレータという具合に適
用可能範囲が限られて来る。
2. Description of the Related Art A path planning problem relating to obstacle avoidance of a robot can be generalized into a form of a point moving path planning problem in a configuration space (C space: Configuration space). Space C is the arrangement of robots (Configuration)
Is a parameter space that uniquely determines FIG. 12 is a diagram showing a coordinate system in which a conventional robot is placed and a robot placement space (C space). The C space will be described with reference to FIG. FIGS. 12A and 12B show a three-degree-of-freedom manipulator 101 and a three-degree-of-freedom mobile robot 102 in a two-dimensional work space 103, respectively. In the case of the three-degree-of-freedom manipulator 101, FIG.
The joint space (q1, q2, q3) shown in (c) is a C space. In the case of a mobile robot in a two-dimensional workspace, the position of the robot coordinate origin (X,
The three degrees of freedom space (X, Y, θ) of Y) and the direction θ of the robot are C spaces. To find a path that does not interfere with an obstacle in the C space, a space description of the C space is usually required. That is, the obstacles 104a, 104b in the work space 103
Obstacles 105a and 105b (C-space obstacles) in the C space are described using the geometrical shapes of the robot 101 and their geometrical relationships, and a free (non-interfering) space (C free space) in the C space is obtained. There is a need. Robot path planning methods based on C-space descriptions are broadly classified into roadmap methods, cell decomposition methods, C-space discretization methods, and potential field methods. The difference between the roadmap method, the cell decomposition method, and the C space discretization method lies in the description method of the C space and the search method based on the description. The roadmap method and the cell decomposition method usually require an explicit description of the C space. In the case of a two-degree-of-freedom mobile robot in a two-dimensional work space, the C free space can be explicitly described. That is, the boundary of the C space obstacle can be explicitly obtained. In the case of the articulated manipulator, there is no general method for analytically finding the C obstacle, and the Slice Projection (Needle) method, the SweptVolume method, and the P method
In general, the C space description is obtained by an approximation method based on the discretization of the C space, such as the oint evaluation method. The roadmap method and the cell decomposition method are suitable for a path planning problem of a mobile robot in a two-dimensional work space, and the C-space discretization method is suitable for a path planning problem of an articulated manipulator.
In the potential field method, the attractive force acting on the robot from the goal arrangement, the repulsive force acting on the robot from obstacles,
This is a method of defining an artificial potential function consisting of the sum of repulsive forces that keeps the robot within the motion range, and searching for a path in the steepest gradient direction in the C space of the potential function. In the case of the articulated manipulator, since it is difficult to explicitly describe the C obstacle, several representative points are provided on the link, and the obstacles within a certain distance from each representative point act on each representative point. The repulsion is defined in the workspace. The challenge is how to avoid potential minimum points other than the goal arrangement, and how to derive a realistically calculable potential function. These conventional methods are described in the literature "YKHwang and N. Ahuja
: Gross Motion Planning-A Survey, ACM Computing S
urveys, Vol.24, No.3, pp.219-291, 1992 ", so the details are omitted. The path planning problem is based on Computational Complexity Tho
ery) according to NP (Nondeterministic Polymonial)
It belongs to a very hard problem called --hard. As the degree of freedom of the robot, the number of obstacles, the number of surfaces of obstacles, and the like increase, it becomes impossible to obtain an obstacle avoidance route within a realistic time. When the above conventional method is evaluated on the basis that a route can be determined within tens of minutes using a current computer of about 100 MIPS, the roadmap method and the cell decomposition method show that a mobile robot in a two-dimensional work space, a C-space discretization The potential range of the method and the potential field method is limited to a six-degree-of-freedom manipulator in a three-dimensional workspace.

【0003】Point Evaluation法に基づくC空間離散化
法の基本アプローチについて、図13に示す従来の2次
元離散化C空間と経路探索の進行図、を参照して説明す
る。図13(a)の201は2次元C空間(q1,q2)を示
している。203、204はそれぞれスタート配置S、
ゴール配置Gを示している。205a〜bはC空間障害
物である。Point Evaluation法に基づくC空間離散化法
では、図13(b)の202のようにC空間201を微
小間隔で離散化した格子点の空間、すなわち、離散化C
空間(d-q1,d-q2)を考える。離散化C空間202は各格
子点をノードとして、それらの隣接関係をアークとする
連結度グラフと見なすことができる。この連結度グラフ
上のスタート配置Sから隣接する格子点を辿ってゴール
配置Gへ至る経路(格子点列)を求めるのであるが、各
格子点においてのみ、ロボットと作業環境との干渉の有
無を幾何モデルと干渉チェッカを用いて検査する。 予め全格子点での干渉の有無を求めておく方式と、
探索の過程で逐次各格子点における干渉の有無を検
査する方式がある。作業環境がダイナミックに変化する
場合には、後者の方式を用いる。
A basic approach of the C space discretization method based on the Point Evaluation method will be described with reference to a conventional two-dimensional discretized C space and a progress diagram of a path search shown in FIG. Reference numeral 201 in FIG. 13A indicates a two-dimensional C space (q1, q2). 203 and 204 are start arrangements S,
The goal arrangement G is shown. 205a-b are C space obstacles. In the C space discretization method based on the Point Evaluation method, a space of lattice points obtained by discretizing the C space 201 at minute intervals as indicated by 202 in FIG.
Consider the space (d-q1, d-q2). The discretized C space 202 can be regarded as a connectivity graph in which each grid point is a node and their adjacent relation is an arc. The route (grid point sequence) from the start arrangement S on the connectivity graph to the goal arrangement G by tracing adjacent lattice points is obtained. Only at each lattice point, is it determined whether there is interference between the robot and the work environment. Inspect using a geometric model and an interference checker. A method in which the presence or absence of interference at all grid points is determined in advance,
There is a method of sequentially examining the presence or absence of interference at each grid point in the search process. When the working environment changes dynamically, the latter method is used.

【0004】格子点の連結度グラフ上での経路探索に
は、縦型、横型、山登り、最良優先、A* 探索などのグ
ラフ(状態空間)探索手法を用いる。図13(c)に離
散化C空間においてグラフ探索が進行する様子を示す。
グラフ探索は、スタートノードSの子ノード(隣接ノー
ド)を生成することから始まる。1-1,1-2,1-3,1-4 が生
成されたSの子ノードである。子ノードが生成される
と、ある基準に基づいてそのノードでの評価関数値が計
算されノードに記憶される。また、各ノードには親ノー
ドへのリンク(ポインタ)も記憶される。あるノードの
子ノードを生成することを、そのノードを展開するとい
う。生成されたノード1-1,1-2,1-3,1-4 の中から、評価
関数値に基づいて次にどのノードを展開すべきかが選ば
れる。図13(c)の例では、ノード1-2 が選択されて
展開されている。図13(d)は図13(c)のグラフ
探索進行状況をツリー構造(探索木と呼ばれる)で表現
したものである。図13(c)の探索済み領域の波面
(境界)207a〜eおよび208a〜bが図13
(d)の探索木の葉(直系の子孫を持たないノード)に
対応している。208a〜bは探索木の葉の中の障害物
と干渉が生じたノードを示している。スタート配置20
3および206a〜bは展開済みノード(子を持つノー
ド)を示している。また、探索木の枝が親ノードへのポ
インタに相当する。グラフ探索は、探索木の葉の中から
評価関数値に基づいて次に展開する(干渉を生じない)
ノードを選び、そのノードの子ノードを重複せずに生成
する処理を、葉からゴール配置が選択される、あるいは
選択すべき葉がなくなるまで繰り返す。葉からゴール配
置が選択された場合、ゴール配置から親ノードへのポイ
ンタを辿っていくことにより経路が得られる。上述した
ように、Point Evaluation法に基づくC空間離散化法で
は格子点においてのみ干渉チェックを行うため、非干渉
ノード間を結ぶアーク上での非干渉性は保証されない。
したがって、離散化分解能を十分高くする必要がある。
[0004] A route (vertical, horizontal, hill-climbing, best priority, A * search, etc.) graph (state space) search technique is used for route search on the connectivity graph of grid points. FIG. 13C shows how the graph search proceeds in the discretized C space.
The graph search starts by generating a child node (adjacent node) of the start node S. 1-1, 1-2, 1-3, and 1-4 are child nodes of the generated S. When a child node is generated, an evaluation function value at the node is calculated based on a certain criterion and stored in the node. Each node also stores a link (pointer) to the parent node. Creating a child node of a node is called expanding the node. From the generated nodes 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, which node should be expanded next is selected based on the evaluation function value. In the example of FIG. 13C, the node 1-2 is selected and expanded. FIG. 13D shows the progress of the graph search in FIG. 13C in a tree structure (called a search tree). The wavefronts (boundaries) 207a-e and 208a-b of the searched area in FIG.
It corresponds to the leaf of the search tree (node without direct descendants) of (d). Reference numerals 208a and 208b denote nodes in the leaves of the search tree that have interfered with each other. Start arrangement 20
3 and 206a-b indicate expanded nodes (nodes having children). The branch of the search tree corresponds to a pointer to the parent node. Graph search is expanded next from the leaves of the search tree based on the evaluation function value (no interference occurs)
The process of selecting a node and generating child nodes of the node without duplication is repeated until a goal arrangement is selected from the leaves or there are no more leaves to be selected. When the goal arrangement is selected from the leaves, a path is obtained by following the pointer to the parent node from the goal arrangement. As described above, in the C-space discretization method based on the Point Evaluation method, interference check is performed only at grid points, so that non-interference on an arc connecting non-interfering nodes is not guaranteed.
Therefore, it is necessary to make the discretization resolution sufficiently high.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のC空間離散化法では、離散化分解能、ロボットの
自由度、障害物の面の総数などの増加に対して、計算
量、記憶領域が指数関数的に増加してしまう。そのた
め、6自由度以上のマニピュレータに対して、C空間離
散化法の基本アプローチをそのまま適用するのは現実的
でなく、探索空間を制限したり(局所探索)、探索効率
を高めるための工夫が必要となる。様々なヒューリステ
ィックス(発見的手法)を用いて探索空間削減、探索効
率化をする方式が種々提案されているが、経路を高速に
求られる実用的な方式が少ないという問題があった。探
索効率を高める方式としては、例えば、特開平10−9
7316、「多数の移動物体を伴うシステムの移動計画
及び制御方法」、に開示されているロボット経路の計画
法等がある。図14はその従来方式のブロック図であ
り、ロボットの配置空間を第1の大きなスケールでセル
に分割したセル空間データベース(フリー《衝突無し》
の情報、フル《衝突の危険あり》の情報、ミックス《そ
れ以外》の情報を持つ。)を利用して、中間経由点を直
線的に結んだセグメント列を求める線路計画モジュール
912と、次に、線路計画モジュール912により得ら
れたセグメント列の中間点リストより、微細な時間分解
能で加減速を考慮した、第2の更に微小時間間隔のトラ
ジェクトリ(軌跡)データを求め、それをロボットマニ
ピュレータ・システム916の位置制御系に直接指令を
与えて、実際にロボットを動作させ、同時に、人口ポテ
ンシャル法を利用して(フィードバック制御を用い)衝
突を動作段階で確実に回避できるように、先のトラジェ
クトリを修正するものであるが、経路探索という意味か
らは第1と第2のトラジェクトリ間でのバックトラッキ
ングも、再探索も行われず、微細な第2のトラジェクト
リに関しても、空間配置ではない時間間隔を微小間隔に
分割して経路補完を行っているに過ぎないので、充分に
経路探索が尽くされてはいない。それに、実際のロボッ
トの動作段階で人口ポテンシャル方式による修正によ
り、最終的な衝突回避を行っているので、形式的には2
段階経路探索方式となってはいるが、経路の探索精度と
しては充分ではなく、存在する経路を見落としやすいと
いう問題があった。また、特願平10−356719
に、サブゴール系列(中間経由点)探索と隣接サブゴー
ル間局所経路探索を繰り返す2段階経路計画方式が記載
されている。この方式によれば、有向グラフを用いた2
段階探索が行われるので経路計算の高速化が可能とはな
るが、存在する経路を見落としやすいという問題があっ
た。本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、
3次元作業空間内における自由度の大きな多関節マニピ
ュレータに対しても経路を高速に求めることが可能で、
なおかつ、経路を見落とす可能性も小さいロボットの大
域動作経路計画方法とその制御装置をを提供することを
目的としている。
However, in the above-described conventional C-space discretization method, the amount of calculation and the storage area are reduced with respect to increases in discretization resolution, the degree of freedom of the robot, the total number of obstacle surfaces, and the like. Exponentially increases. Therefore, it is not realistic to apply the basic approach of the C-space discretization method as it is to manipulators having 6 degrees of freedom or more, and it is necessary to limit the search space (local search) and improve the search efficiency. Required. Various schemes have been proposed to reduce the search space and improve search efficiency using various heuristics (heuristic techniques), but there is a problem that there are few practical schemes that require a high-speed route. As a method for increasing the search efficiency, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-9
7316, "Movement planning and control method for a system involving a large number of moving objects", a robot path planning method, and the like. FIG. 14 is a block diagram of the conventional method, in which a cell space database (free << no collision >>) in which the robot arrangement space is divided into cells on a first large scale.
Information, full "danger of collision" information, and mix "other" information. ), And a line planning module 912 for obtaining a line of segments connecting the intermediate waypoints linearly, and a list of the intermediate points of the line of segments obtained by the line planning module 912, with a finer time resolution. In consideration of deceleration, trajectory (trajectory) data at a second more minute time interval is obtained, and the trajectory data is directly given to the position control system of the robot manipulator system 916 to actually operate the robot, and at the same time, to reduce population potential The trajectory is modified so that collisions can be reliably avoided at the operation stage using the method (using feedback control), but from the viewpoint of route search, the trajectory between the first and second trajectories is modified. Neither backtracking nor re-searching is performed, and the time interval is not a spatial arrangement even for the fine second trajectory. Because not only is divided into a small gap is going the route completion, has not been exhausted is sufficiently route search. In addition, since the final collision avoidance is performed by the modification using the artificial potential method at the actual operation stage of the robot, formally, 2
Although the step route search method is used, the route search accuracy is not sufficient, and there is a problem that an existing route is easily overlooked. Also, Japanese Patent Application No. 10-356719.
Describes a two-step route planning method in which a subgoal sequence (intermediate waypoint) search and a local route search between adjacent subgoals are repeated. According to this method, 2 using a directed graph
Since the stage search is performed, the speed of the route calculation can be increased, but there is a problem that an existing route is easily overlooked. The present invention has been made in view of the above problems,
It is possible to obtain a path at high speed even for a multi-joint manipulator with a large degree of freedom in a three-dimensional workspace.
It is still another object of the present invention to provide a global motion path planning method for a robot that has a low possibility of overlooking a path and a control device therefor.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載のロボットの大域動作経路計画方法
は、ロボットのスタート配置とゴール配置が与えられた
とき、ロボットとその作業環境にある障害物の幾何学的
形状とそれらの配置を記述する計算機上の幾何学モデル
手段と、モデル同士の干渉を検出する計算機上の干渉検
出手段とを用い、ロボットと障害物が干渉を起こさない
ように2段階の経路探索を行うロボットの大域動作経路
計画方法において、ステップ1として、配置空間(C空
間)または作業空間を大まかに離散化した格子点(サブ
ゴール候補)を持つ空間(離散化C空間)を形成し、グ
ラフ(状態空間)探索手法を用いて、スタート配置ある
いはゴール配置から前記格子点を経由してゴール配置あ
るいはスタート配置へ至るサブゴール系列を求め、ステ
ップ2として、前記ステップ1で求められたサブゴール
系列から隣接するサブゴールを2つづつ取り出し、その
隣接するサブゴールを包含する空間において前記ステッ
プ1より微少間隔で離散化した格子点を持つ空間(離散
化C空間)を形成し、グラフ(状態空間)探索手法を用
いて前記隣接サブゴール間の微少間隔格子点列すなわち
局所微少間隔経路を求める処理を繰り返し、前記ステッ
プ2で、サブゴール系列に含まれる隣接サブゴールSg-
i, Sg-i+1間の局所経路探索に失敗した場合、ステップ
1に戻り(バックトラッキング)、サブゴールSg-iから
Sg-i+1へのアークを経由しない別のサブゴール系列を求
め直し、再びステップ2に移る処理を繰り返し、スター
ト配置からゴール配置までの連続した微小間隔経路が求
まった場合に、繰り返し処理を終了することを特徴とし
ている。また、請求項2記載のロボットの大域動作経路
計画方法は、前記ステップ2において、隣接サブゴール
間の局所経路を求める際、探索範囲を2つの隣接サブゴ
ールを包含する所定の局所領域に限定することを特徴と
している。また、請求項3記載のロボットの大域動作経
路計画方法は、前記ステップ2において、隣接サブゴー
ルSg-i,Sg-i+1 を結ぶ局所経路を求める際、離散化C空
間上の2点n, m間の距離をd(n,m)、rPara を1以上の
パラメータとしたとき、探索領域Srng を、 Srng={ n|d(sg-i,n) +d(n,sg-i+1) <=d(sg-i,sg-i
+1)×rPara } により制限することを特徴としている。また、請求項4
記載のロボットの大域動作経路計画方法は、前記ステッ
プ2において、隣接サブゴール間の局所経路を求める
際、隣接サブゴールを包含する前記探索範囲を動的かつ
多段階に変更することを特徴としている。また、請求項
5記載のロボットの大域動作経路計画方法は、前記ステ
ップ1でサブゴール系列を求める際に、生成された全て
のサブゴールおよびその候補を、重複を省いて計算機上
に有向グラフの形式で記憶し、前記ステップ2の実行結
果によってサブゴール有向グラフのデータを更新し、前
記ステップ1、2ともに最新のサブゴール有向グラフの
データを反映して、探索を行うことを特徴としている。
また、請求項6記載のロボットの大域動作経路計画方法
は、前記ステップ1で求められたサブゴール系列を全て
リストに保存しておき、ステップ1のサブゴール系列探
索に成功した場合は、そのサブゴール系列に対して前記
ステップ2を実行し、ステップ1のサブゴール系列探索
に失敗した場合、サブゴール系列のリストの中からサブ
ゴール系列を適当に1つ選び出し、過去ステップ2にお
いて局所経路探索に失敗した隣接サブゴール間に対して
前回よりも前記探索範囲を広くしてステップ2を実行
し、その局所経路探索に成功した場合、それ以降の未探
索の隣接サブゴール間局所経路探索に対しては前記探索
範囲を元に戻すことを特徴としている。また、請求項7
記載のロボットの大域動作経路計画方法は、前記サブゴ
ール系列リストからサブゴール系列を1つ選択する際
に、最もゴール配置近くまで前記ステップ2の隣接サブ
ゴール間局所経路探索に成功し、かつ最もその経路長が
短いサブゴール系列から優先的に選択することを特徴と
している。また、請求項8記載のロボットの大域動作経
路計画方法は、前記ステップ2において、隣接サブゴー
ル間局所経路探索を行う際、前記探索範囲を予め設定し
た最大範囲にして探索に失敗した場合、そのサブゴール
系列を前記サブゴール系列のリストから削除あるいはラ
ベル付けし、以降選択されないようにすることを特徴と
している。また、請求項9記載のロボットの大域動作経
路計画方法は、前記サブゴール系列のリストが空になっ
たあるいはラベル付けによりサブゴール系列の選択に失
敗した場合、サブゴール系列探索のために大まかな間隔
で離散化して形成した前記離散化C空間の各格子点間を
整数個に分割して細かく離散化した離散化C空間を形成
し直し、その新しい離散化C空間においてステップ1 を
実行し、以下同様の処理をスタート配置からゴール配置
までの連続した微小間隔経路が求まるまで、あるいは予
め定めた一定時間内で再帰的に繰り返すことを特徴とし
ている。また、請求項10記載のロボットの大域動作経
路計画装置は、ロボットとその作業環境の幾何モデルを
入力するロボット・環境モデル入力手段と、前記ロボッ
ト・環境モデル入力手段が出力する前記幾何モデルを記
憶する幾何モデル記憶手段と、前記幾何モデル記憶手段
の情報を利用してロボットと環境との干渉を検査する干
渉検査手段と、ロボットのスタート配置とゴール配置お
よびその他パラメータを入力するスタート・ゴール配置
パラメータ入力手段と、前記パラメータ入力手段が出力
するパラメータを設定、あるいは探索の状況に応じて変
更するパラメータ設定・変更手段と、前記パラメータ設
定・変更手段によって設定されたパラメータを用いて、
サブゴール系列探索のための離散化配置空間を設定する
離散化配置空間設定手段と、前記離散化配置空間設定手
段によって定められた離散化配置空間において、前記干
渉検査手段の干渉検査結果を利用してサブゴールの系列
を探索するサブゴール系列探索手段と、前記サブゴール
系列探索手段によって生成されたサブゴールおよびその
候補を有向グラフの形式で記憶するサブゴール有向グラ
フ記憶手段と、前記サブゴール系列探索手段によって得
られたサブゴール系列をリストの形式で記憶するサブゴ
ール系列リスト記憶手段と、前記サブゴール系列リスト
記憶手段が記憶している情報から1つのサブゴール系列
を選択するサブゴール系列選択手段と、前記サブゴール
系列選択手段によって選ばれたサブゴール系列を一時的
に記憶しておくサブゴール系列一時記憶手段と、前記サ
ブゴール系列選択手段によって選ばれ、前記サブゴール
系列一時記憶手段に記憶されているサブゴール系列から
2つの隣接サブゴールを選択する隣接サブゴール選択手
段と、前記隣接サブゴール選択手段から得られる2つの
隣接サブゴール間の局所経路を探索する隣接サブゴール
間経路探索手段と、前記隣接サブゴール間経路探索手段
が前記経路を探索するときに探索範囲を制限する探索範
囲制限手段と、前記サブゴール有向グラフ記憶手段に記
憶されている情報と前記サブゴール系列一時記憶手段に
記憶されている情報を受けて、前記スタート配置から前
記ゴール配置に至る連続した経路を記憶する経路記憶手
段と、前記経路記憶手段から前記経路を出力する経路出
力手段とを備えたことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for planning a global motion path of a robot, wherein the robot and its working environment are provided when a start arrangement and a goal arrangement of the robot are given. Use geometrical model means on a computer to describe the geometric shapes of obstacles and their arrangement, and interference detection means on a computer to detect interference between models so that robots and obstacles do not cause interference. In the global motion path planning method for performing a two-stage path search on a robot, as a step 1, a space (discretized C space) having grid points (subgoal candidates) in which a layout space (C space) or a work space is roughly discretized ), And from the start arrangement or the goal arrangement to the goal arrangement or the start arrangement via the lattice points using a graph (state space) search method. A subgoal sequence is obtained, and in step 2, two adjacent subgoals are taken out of the subgoal sequence obtained in step 1 above, and grid points discretized at finer intervals than in step 1 in a space including the adjacent subgoals. (Discrete C space) having the following formula, and a process of obtaining a minute interval lattice point sequence between the adjacent subgoals, that is, a local minute interval route, using a graph (state space) search method is repeated. Adjacent subgoal Sg- included in the sequence
If the local route search between i and Sg-i + 1 fails, return to step 1 (backtracking) and start from subgoal Sg-i.
Another subgoal sequence that does not go through the arc to Sg-i + 1 is found again, and the process of step 2 is repeated again. When a continuous minute interval path from the start arrangement to the goal arrangement is obtained, the repetition processing is terminated. It is characterized by doing. According to a second aspect of the present invention, in the method for determining a local path between adjacent subgoals in the step 2, the search range is limited to a predetermined local region including two adjacent subgoals. Features. According to a third aspect of the present invention, in the method for determining a global motion path of the robot, when the local path connecting the adjacent subgoals Sg-i, Sg-i + 1 is obtained in the step 2, two points n, Assuming that the distance between m is d (n, m) and rPara is one or more parameters, the search area Srng is expressed as: Srng = {n | d (sg-i, n) + d (n, sg-i + 1) <= d (sg-i, sg-i
+1) × rPara}. Claim 4
The global movement path planning method for a robot described above is characterized in that, in the step 2, when the local path between the adjacent subgoals is obtained, the search range including the adjacent subgoals is dynamically and multistagely changed. In the method of planning a global motion path of a robot according to a fifth aspect, when the subgoal sequence is obtained in the step 1, all the generated subgoals and their candidates are stored in a computer in a directed graph format without duplication. Then, the data of the subgoal directed graph is updated according to the execution result of the step 2, and the search is performed in both the steps 1 and 2 by reflecting the latest data of the subgoal directed graph.
Also, in the robot global motion path planning method according to claim 6, all the subgoal sequences obtained in the step 1 are stored in a list, and when the subgoal sequence search in the step 1 is successful, the subgoal sequence is added to the list. If the subgoal sequence search in step 1 fails in step 2 above, an appropriate one of the subgoal sequences is selected from the list of subgoal sequences. On the other hand, if the search range is made wider than the previous time and step 2 is executed, and the local route search is successful, the search range is restored for the subsequent unsearched local route search between adjacent subgoals. It is characterized by: Claim 7
In the global motion path planning method for a robot described above, when one subgoal sequence is selected from the subgoal sequence list, the local path search between adjacent subgoals in step 2 is succeeded to the closest to the goal arrangement, and the path length is the longest. Is preferentially selected from short subgoal sequences. In the global movement path planning method for a robot according to claim 8, when the local area search between the adjacent subgoals is performed in the step 2, the search range is set to a preset maximum range and the search fails. It is characterized in that a series is deleted or labeled from the list of subgoal series so that it is not selected thereafter. In addition, in the robot global motion path planning method according to the ninth aspect, when the subgoal sequence list becomes empty or the subgoal sequence selection fails due to labeling, the method is performed at roughly intervals for subgoal sequence search. The space between each grid point of the discretized C space is divided into integers to form a finely discretized discretized C space. Step 1 is executed in the new discretized C space, and so on. It is characterized in that the process is repeated recursively until a continuous minute interval path from the start arrangement to the goal arrangement is determined or within a predetermined time. A robot global motion path planning device according to claim 10 stores robot / environment model input means for inputting a geometric model of a robot and its working environment, and stores the geometric model output by the robot / environment model input means. Geometric model storage means, interference inspection means for inspecting interference between the robot and the environment using information of the geometric model storage means, and start / goal arrangement parameters for inputting start arrangement, goal arrangement and other parameters of the robot. Using input means, parameter setting / change means for setting a parameter output by the parameter input means, or changing according to a search situation, and parameters set by the parameter setting / change means,
A discretization arrangement space setting means for setting a discretization arrangement space for a subgoal sequence search, and in a discretization arrangement space determined by the discretization arrangement space setting means, utilizing an interference test result of the interference inspection means. A subgoal sequence search means for searching for a series of subgoals, a subgoal directed graph storage means for storing the subgoals and their candidates generated by the subgoal sequence search means in the form of a directed graph, and a subgoal sequence obtained by the subgoal sequence search means Subgoal sequence list storage means for storing in the form of a list, subgoal sequence selection means for selecting one subgoal sequence from information stored in the subgoal sequence list storage means, and subgoal sequence selected by the subgoal sequence selection means Temporarily store the Goal sequence temporary storage means, adjacent subgoal selection means for selecting two adjacent subgoals from the subgoal sequence selected by the subgoal sequence selection means and stored in the subgoal sequence temporary storage means, and the information obtained from the adjacent subgoal selection means. A route search means between adjacent subgoals for searching for a local route between two adjacent subgoals to be obtained, a search range limiting means for limiting a search range when the route search means between adjacent subgoals searches for the route, and the subgoal directed graph storage A path storage unit that receives information stored in the unit and information stored in the subgoal sequence temporary storage unit, and stores a continuous path from the start arrangement to the goal arrangement; and And a route output means for outputting a route. That.

【0007】このロボットの大域動作経路計画方法とそ
の制御装置では、基本的に次のようなステップ1とステ
ップ2による2段階経路探索が実行される。 (1)、先ず、ステップ1の処理として、配置空間(C
空間)または作業空間を大まかに離散化した格子点(サ
ブゴールド候補、例えば、パラメータdisParaに
よる)を持つ空間(離散化C空間)を形成し、グラフ
(状態空間)探索手法を用いて、スタート配置あるいは
ゴール配置から格子点を経由してゴール配置あるいはス
タート配置へ至るサブゴール系列を求める。 (2)、次に、ステップ2の処理として、ステップ1の
処理で求めたサブゴール系列から隣接するサブゴールを
2つづつ取出し、ステップ1のパラメータdisPar
aよりも微小間隔で離散化した格子点を持つ空間(離散
化C空間)を形成し、グラフ(状態空間)探索手法を用
いて隣接サブゴール間の微小間隔格子点列の局所微小間
隔経路を求める処理を繰り返し行う。 (3)、ステップ2の探索が失敗した場合の処理は、ス
テップ2でサブゴール系列に含まれる隣接サブゴールを
Sgi、Sgi+1とし、Sgi→Sgi+1間の局所
経路探索に失敗したとすると、バックトラッキング及び
再探索を次のように実施する、ステップ1に戻り、サブ
ゴールSgiからSgi+1へのアークを経由しない別
のサブゴール系列を求め直し、再び、ステップ2に移る
処理を繰り返し、スタート配置からゴール配置までの連
続した微小間隔経路が求められた場合に、繰り返し処理
を終了する。 (4)、ステップ1の探索が成功の場合は、求めたサブ
ゴール系列を全てリストに保存し、そのサブゴール系列
全てについてステップ2を実行する。その場合パラメー
タはrParaMin(最低微小間隔)を用いる。ま
た、ステップ1の探索が失敗した場合は、サブゴール系
列リストから1つ選び出し、過去ステップ2で局所経路
探索に失敗した隣接サブゴール間に対して前回よりも探
索範囲を広く(例えば、パラメータをrParaMax
として)してステップ2を実行し、局所経路探索に成功
したらパラメータを元に戻して続行する。 (5)、先のサブゴール系列リストからのサブゴール系
列の選択ができなくなったら、大まかなステップ1の間
隔(パラメータdisPara)を更に整数個に分割し
て離散化C空間を形成し直してステップ1から実行し直
すようにする。以上のように構成することによって、経
路を探索する際の探索空間が大幅に抑制され、探索効率
が向上して、3次元空間内における自由度の大きい多関
節マニピュレータに対しても、経路を高速で求めること
が可能になる。また、ステップ1とステップ2のバック
トラッキング、再探索等が繰返し実行され、かつ、局所
経路探索の探索範囲をrParaの切換え等により動的
に変更することによって、従来方式に比較すると経路探
索が充分に尽くされ、探索精度が高くなるので、存在す
る経路を見落とす可能性も小さくなる。
In the robot global motion path planning method and its control device, a two-step path search is basically performed by the following steps 1 and 2. (1) First, as the processing of step 1, the arrangement space (C
Space) or a space (discrete C-space) having grid points (sub-gold candidates, for example, by the parameter disPar) roughly discretized from the work space, and using a graph (state space) search method, a start arrangement is performed. Alternatively, a subgoal sequence from the goal arrangement to the goal arrangement or the start arrangement via the grid points is obtained. (2) Next, as a process of step 2, two adjacent subgoals are taken out of the subgoal sequence obtained in the process of step 1 at a time, and the parameter disPar of step 1 is extracted.
Form a space (discrete C space) having grid points discretized at smaller intervals than a, and obtain a local minute interval path of the minute interval lattice point sequence between adjacent subgoals using a graph (state space) search method Repeat the process. (3) If the search in step 2 fails, the adjacent subgoals included in the subgoal sequence are set to Sgi and Sgi + 1 in step 2, and if the local route search between Sgi → Sgi + 1 fails, backtracking and re- The search is performed as follows. Returning to step 1, another subgoal sequence that does not pass through the arc from subgoal Sgi to Sgi + 1 is recalculated, and the process of step 2 is repeated again, and the sequence from the start arrangement to the goal arrangement is continued. When the determined minute interval path is obtained, the repetition processing is terminated. (4) If the search in step 1 is successful, all the obtained subgoal sequences are stored in a list, and step 2 is executed for all the subgoal sequences. In that case, the parameter uses rParaMin (minimum minute interval). If the search in step 1 fails, one is selected from the subgoal sequence list, and the search range is wider than the previous search between adjacent subgoals in which the local route search failed in step 2 (for example, the parameter is set to rParMax).
Step 2), and if the local route search is successful, the parameters are restored and the process is continued. (5) If the subgoal sequence cannot be selected from the previous subgoal sequence list, the interval (parameter disPar) of the rough step 1 is further divided into integers to form a discretized C space again. Try to run it again. With the above configuration, the search space when searching for a route is greatly suppressed, the search efficiency is improved, and the speed of the route can be increased even for an articulated manipulator having a large degree of freedom in a three-dimensional space. Can be obtained by In addition, the backtracking and re-searching of Steps 1 and 2 are repeatedly executed, and the search range of the local route search is dynamically changed by switching rPara, etc., so that the route search is sufficiently compared with the conventional method. And the search accuracy is increased, so that the possibility of overlooking the existing route is reduced.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の
形態に係るロボットの大域動作経路計画方法の処理のフ
ローチャートである。図2は図1に示す離散化C空間構
成法とサブゴール系列探索結果を示す図である。本発明
のロボットの大域動作経路計画方法は、図12(a)、
(b)のようなロボットと作業環境の幾何学情報、スタ
ート配置S、ゴール配置Gが与えられたとき、図12
(c)のようなC空間においてスタート配置Sからゴー
ル配置Gへ至る非干渉経路を計画する方法である。以
降、簡単のため2次元C空間を例にして説明を進める
が、本発明はもちろんこれに限定されるものではなく、
3次元以上のC空間に対してもそのまま適用できること
はいうまでもない。スタート配置S、ゴール配置Gは、
図13(b)に示した微小間隔で離散化されたC空間
(d-q1,d-q2 )上の座標値で与えられるものとする。
又、図13(b)の離散化C空間を、以降、d−C−H
res(discrete C-space with High resolution の意
味)と表す。以下本発明の方法の手順を図1に示したフ
ローチャートを用いて説明する。先ず、d−C−Hre
sの離散化C空間の設定と(S300)、スタート配置
S、ゴール配置Gを入力した後(S301)。大まかな
離散化刻み幅、disPara(図2の403)、を設
定し(S302)、図2(a)、(b)のように離散化
C空間(d-q1',d-q2')を形成する(S303)。 図2
(a)、(b)の403a、403bに示したように、
disParaはd−C−Hresの刻み幅に比べて十
分大きな値とする。離散化C空間(d-q1',d-q2')は大ま
かな間隔で離散化されたC空間であり、d−C−Lre
sと表す(discrete C-space with Low resolutionの意
味)。図2(a)ではd−C−Lresのスタート配置
S401、ゴール配置G402の座標値はそれぞれ(0,
0), (5,0)となる。同様に図2(b)ではそれぞれ(0,
0),(4,3)となる。本発明の方法によれば、この例のよう
にスタート配置を離散化C空間d−C−Lresの原点
とする必要はなく、また、座標軸が直交している必要も
ない。さらには、(d-q1,d-q2)から(d-q1',d-q2')に非
線形変換しても良く、d−C−Lresの定義の仕方は
任意である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart of the processing of the global motion path planning method for a robot according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a discretized C space construction method shown in FIG. 1 and a subgoal sequence search result. The global motion path planning method for a robot according to the present invention is shown in FIG.
When the geometric information of the robot and the working environment, the start arrangement S, and the goal arrangement G as shown in FIG.
This is a method of planning a non-interference path from the start arrangement S to the goal arrangement G in the C space as shown in FIG. Hereinafter, for simplicity, the description will be given by taking a two-dimensional C space as an example, but the present invention is not limited to this.
It goes without saying that the present invention can be applied to a three-dimensional or more C space as it is. Start arrangement S, goal arrangement G,
It is assumed that the coordinates are given by coordinate values on a C space (d-q1, d-q2) discretized at minute intervals shown in FIG.
Further, the discretized C space of FIG.
Res (discrete C-space with High resolution). Hereinafter, the procedure of the method of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, dC-Hre
After setting the discretized C space of s (S300), and inputting the start arrangement S and the goal arrangement G (S301). A rough discretized step size, disPar (403 in FIG. 2), is set (S302), and the discretized C space (d-q1 ', d-q2') is set as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). It is formed (S303). FIG.
As shown in 403a and 403b of (a) and (b),
disPar is set to a value sufficiently larger than the step width of dC-Hres. The discretized C space (d-q1 ', d-q2') is a C space discretized at roughly intervals, and is dC-Lre
s (meaning discrete C-space with Low resolution). In FIG. 2A, the coordinate values of the start arrangement S401 and the goal arrangement G402 of dC-Lres are (0,
0), (5,0). Similarly, in FIG. 2B, (0,
0), (4,3). According to the method of the present invention, there is no need for the start arrangement to be the origin of the discretized C-space dC-Lres as in this example, and the coordinate axes need not be orthogonal. Furthermore, nonlinear conversion from (d-q1, d-q2) to (d-q1 ', d-q2') may be performed, and the definition of dC-Lres is arbitrary.

【0009】つぎに、STEP1 のサブゴール系列探索が行
われる(S304)。図3は図1に示すSTEP1 の処理の
内部フローチャートである。この図3は、d−C−Lr
esでのスタート配置Sからゴール配置Gまでの経路探
索に等しい。前述した最良優先、A* 探索などのグラフ
探索手法を適用してサブゴール系列を求める。グラフ探
索を行うためには、図13(d)に示した探索木のデー
タ構造を計算機内部に持つ必要がある。探索木の葉とそ
れ以外のノードを別々の連結リストに格納する。図4は
図3に示すグラフ探索に用いる連結リストのデータ構造
の例を示す図である。図4(a)は連結リスト601と
そのセル602の基本クラスであり、図4(b)のグラ
フ探索に用いる連結リスト603とそのセル604のク
ラスは、図4(a)の派生クラスとして定義している。
探索木の葉を格納する連結リストをOPENLIST、それ以外
のノードを格納するリストをCLOSEDLISTと呼ぶ。OPENLI
ST内の干渉が生じるノードを別のリスト(COLLISIONLIS
T)に格納しても良い。又、グラフ探索手法は公知の技術
であるため、そのアルゴリズムの詳細については説明を
省略する。スタート配置S、ゴール配置Gを含め、STEP
1 で生成された全てのノード(サブゴールおよびその候
補)は重複を省いて、有向グラフの形式で計算機上に記
憶される。
Next, a subgoal sequence search in STEP1 is performed (S304). FIG. 3 is an internal flowchart of the processing in STEP 1 shown in FIG. FIG. 3 shows that dC-Lr
This is equivalent to searching for a route from the start arrangement S to the goal arrangement G in es. A subgoal sequence is obtained by applying a graph search method such as the above-described best priority or A * search. In order to perform a graph search, it is necessary to have the data structure of the search tree shown in FIG. The leaves of the search tree and other nodes are stored in separate linked lists. FIG. 4 is a diagram showing an example of the data structure of a linked list used for the graph search shown in FIG. FIG. 4A shows a basic class of the linked list 601 and its cell 602. The class of the linked list 603 and its cell 604 used for graph search in FIG. 4B is defined as a derived class of FIG. are doing.
The linked list that stores the leaves of the search tree is called OPENLIST, and the list that stores the other nodes is called CLOSEDLIST. OPENLI
Another list of nodes in the ST where interference occurs (COLLISIONLIS
It may be stored in T). Since the graph search method is a known technique, the description of the algorithm is omitted. STEP arrangement including start arrangement S and goal arrangement G
All nodes (subgoals and their candidates) generated in 1 are stored on the computer in the form of a directed graph without duplication.

【0010】図5は図3に示すサブゴール有向グラフの
データ構造を示す図である。図中、701は全ての生成
済みサブゴール候補を格納する連結リストであり、デー
タ型(クラス)とオブジェクト(変数)名を CLListFor
SgGraph SgGraph;と定義する。連結リスト701の各セ
ル702には、サブゴール候補の座標値や干渉の有無の
データに加え、隣接するサブゴール候補に関するデータ
を格納するリスト703が格納される。そのデータ型
(クラス)とオブジェクト(変数)名をCLListForAdjSG
s AdjSGList;と定義する。704はAdjSGList の各セ
ルである。図2(c)にSTEP1により探索されたサブゴ
ール系列の例を示す。同図においてS-Sg1-Sg2-Sg3-Sg4-
G が求まったサブゴール系列である。図1のフローチャ
ートに戻って、STEP1 のサブゴール系列探索に成功した
場合(TRUE)は、そのサブゴール系列SgSeq がサブゴー
ル系列リストListOfSgSeq に記憶される(S305)。
FIG. 5 is a diagram showing a data structure of the subgoal directed graph shown in FIG. In the figure, reference numeral 701 denotes a linked list for storing all the generated subgoal candidates, in which a data type (class) and an object (variable) name are CLListFor.
SgGraph SgGraph; Each cell 702 of the linked list 701 stores a list 703 that stores data on adjacent subgoal candidates in addition to data on the coordinate values of the subgoal candidates and the presence / absence of interference. CLListForAdjSG the data type (class) and object (variable) name
s AdjSGList; Reference numeral 704 denotes each cell of the AdjSGList. FIG. 2C shows an example of a subgoal sequence searched in STEP1. In the figure, S-Sg1-Sg2-Sg3-Sg4-
G is the subgoal sequence found. Returning to the flowchart of FIG. 1, if the subgoal sequence search in STEP1 succeeds (TRUE), the subgoal sequence SgSeq is stored in the subgoal sequence list ListOfSgSeq (S305).

【0011】図6は図1に示すサブゴール系列リストの
データ構造を示す図である。図中、801がサブゴール
系列を格納する連結リストであり、データ型(クラス)
とオブジェクト(変数)名を CLListForSGSeq ListOfSg
Seq;と定義する。連結リスト801の各セル802に
は、サブゴール系列803(サブゴールの連結リスト)
とSTEP2 の実行結果に関するBOOL型のフラグが複数格納
されている。サブゴール系列803の各セル804に
は、各サブゴールのd−C−Lresにおける座標値な
どのデータが格納されている。つぎに、サブゴール系列
リスト801から何らかの基準に従って1つのサブゴー
ル系列が選択される(S306)。STEP1 に失敗してサ
ブゴール系列が求まらなかった場合(FALSE)は、S30
5をスキップしてS306が実行される。S306で選
択されたサブゴール系列に対して、後述するパラメータ
rParaが設定されて、STEP2 の隣接サブゴール間局
所経路探索が行われる(S307)。図7は図1に示す
STEP2 の内部フローチャートである。図7に移って、ST
EP2 の処理については、図1のS306で選択されたサ
ブゴール系列から、隣接する2つのサブゴールを選択し
て(S901)、パラメータのrParaを設定し(S
902)、d−C−Hres上で局所経路探索が行われ
る(S903)。ここでも、STEP1 と同様に最良優先、
* 探索などのグラフ探索手法が適用される。S903
の局所経路探索に成功した場合、ゴール配置Gまで局所
経路が求まったかを判断する(S904)。ゴール配置
Gまで到達していない場合、S901に戻ってつぎの隣
接する2つのサブゴールが選択される。ゴール配置Gに
到達した場合、TRUEを返してSTEP2 を終了する。途中で
S903に失敗した場合、FALSE を返してSTEP2 を終了
する。S902で設定されるパラメータrParaは、
隣接サブゴール間局所経路探索の探索範囲を制限するパ
ラメータである。図8は図7に示す経路探索範囲を制限
する局所領域を示す図である。図8において、1001
a、1001bは共に隣接する2つのサブゴールを包含
する楕円体領域である。1002、1003はそれぞれ
サブゴールSg1、Sg2、1004はC空間障害物で
ある。この楕円体領域を用いて探索範囲を制限する場
合、以下の式によって探索範囲Srng を定義する。但
し、d(n、m)は離散化C空間d−C−Hresにお
ける2点n,m間の距離を表す。Srng={ n|d(Sg1,n)
+d(n,Sg2 ) <=d(Sg-i,Sg-i+1)×rPara,rPara>=1}上
式より、パラメータrParaを小さくするほど探索範
囲Srng が制限されることがわかる。rPara=1の
ときは、隣接サブゴールSg1、Sg2を結ぶ線分の最
近傍集合とする。なお、図8(a)は楕円体領域100
1a内で局所経路が求まる場合、図8(b)は楕円体領
域1001b内で局所経路が求まらない場合を示してい
る。図8において、サブゴールSg1から同Sg2への
局所微小間隔経路を探索するとき、図8(a)の場合
は、修正A* アルゴリズムなどを適用することによっ
て、最短経路1005が求まる。図8(b)の場合は、
楕円体領域1001b内では経路が存在しないので、楕
円体領域1001bとC空間障害物1004に囲まれる
領域1006内全ての格子点を展開した後、経路探索に
失敗したと判断される。又、楕円体領域以外の閉領域を
用いて探索範囲を制限してもよい。探索範囲の設定の仕
方は任意で限定されない。STEP2 の処理において、S→
Gに至る全ての隣接サブゴール間局所経路探索に成功し
た場合(TRUE)は、その経路をストア(S308)し
て、本発明の経路計画方法は経路探索を終了する。
FIG. 6 shows a data structure of the subgoal sequence list shown in FIG. In the figure, reference numeral 801 denotes a linked list for storing a subgoal sequence, and has a data type (class)
And object (variable) name CLListForSGSeq ListOfSg
Seq; Each cell 802 of the linked list 801 includes a subgoal sequence 803 (subgoal linked list).
And two or more BOOL-type flags related to the execution result of STEP2. Each cell 804 of the subgoal series 803 stores data such as coordinate values in dC-Lres of each subgoal. Next, one subgoal sequence is selected from the subgoal sequence list 801 according to some criterion (S306). If the subgoal sequence was not found due to failure in STEP1 (FALSE), S30
Step S306 is executed skipping step 5. A parameter rPara to be described later is set for the subgoal sequence selected in S306, and a local route search between adjacent subgoals in STEP2 is performed (S307). FIG. 7 is shown in FIG.
It is an internal flowchart of STEP2. Turning to FIG.
For the EP2 process, two adjacent subgoals are selected from the subgoal sequence selected in S306 of FIG. 1 (S901), and the parameter rPara is set (S901).
902), a local route search is performed on the dC-Hres (S903). Again, as in STEP 1, the highest priority,
A graph search technique such as A * search is applied. S903
If the local route search is successful, it is determined whether a local route up to the goal arrangement G has been obtained (S904). If it has not reached the goal arrangement G, the process returns to S901, and the next two adjacent subgoals are selected. If the goal arrangement G has been reached, TRUE is returned and STEP2 ends. If S903 fails in the middle, FALSE is returned and STEP2 ends. The parameter rPara set in S902 is
It is a parameter that limits the search range of the local route search between adjacent subgoals. FIG. 8 is a diagram showing a local area for limiting the route search range shown in FIG. In FIG. 8, 1001
Reference numerals a and 1001b denote ellipsoidal regions each including two adjacent subgoals. Reference numerals 1002 and 1003 denote subgoals Sg1, Sg2, and 1004, respectively, which are obstacles in the C space. When the search range is limited using the ellipsoidal region, the search range Srng is defined by the following equation. Here, d (n, m) represents the distance between two points n and m in the discretized C space dC-Hres. Srng = {n | d (Sg1, n)
+ D (n, Sg2) <= d (Sg-i, Sg-i + 1) × rPara, rPara> = 1} From the above expression, it can be seen that the smaller the parameter rPara, the more the search range Srng is limited. When rPara = 1, the nearest neighbor set is a line segment connecting the adjacent subgoals Sg1 and Sg2. FIG. 8A shows an ellipsoidal region 100.
FIG. 8B shows a case where a local route is not found in the ellipsoidal region 1001b when a local route is found in 1a. In FIG. 8, when searching for a local minute interval path from the subgoals Sg1 to Sg2, in the case of FIG. 8A, the shortest path 1005 is obtained by applying a modified A * algorithm or the like. In the case of FIG. 8B,
Since there is no route in the ellipsoidal region 1001b, after expanding all the grid points in the region 1006 surrounded by the ellipsoidal region 1001b and the C space obstacle 1004, it is determined that the route search has failed. Further, the search range may be limited by using a closed area other than the ellipsoidal area. The manner of setting the search range is not limited to an arbitrary one. In the processing of STEP2, S →
If the local route search between all the adjacent subgoals to G has succeeded (TRUE), the route is stored (S308), and the route planning method of the present invention ends the route search.

【0012】次に、改めてバックトラッキング(再探
索)により経路の見落としを無くし、経路探索の精度を
高める本発明の独特の処理について説明する。STEP2 の
処理で、隣接サブゴール間局所経路探索に途中で失敗し
た場合(FALSE)は、STEP1 のサブゴール系列探索に戻る
(S304)。例えば、図2(c)のサブゴール系列S
→Sg1→Sg2→Sg3→Sg4→G内の局所経路探
索において、図8(b)のようにSg1とSg2間の局
所経路探索に失敗した場合、STEP1 に戻り図2(d)の
ようにSg1からSg2へのアークを経由しない新たな
サブゴール系列S→Sg1’→Sg2→Sg3→Sg4
→Gを再探索する。そのために、図3、図7のフローチ
ャートに示したようにSTEP1 、STEP2 共にサブゴール有
向グラフ(図5)のデータを参照しながら探索を行い、
探索の結果に応じてそのデータを変更する。又、図7に
示すSTEP2 が、隣接サブゴールSg1、Sg2間局所経
路探索S903に成功した場合は、求められた経路は図
5に示したサブゴール有向グラフ SgGraphの、703
の、SGgraph.Cell(Sg1 ).AdjSGList.Cell (Arc(Sg2-
Sg1)).PathToAdjSG、に格納される。逆に、Sg1→S
g2間局所経路探索S903に失敗した場合は、SgGrap
h.Cell(Sg1 ).AdjSGList.Cell (Arc(Sg2-Sg1)).Exis
tanceOfPathToAdjSG1= FALSE、と変更される。又、STEP
1 では常に、SgGraph.Cell(Sg1).AdjSGList.Cell (Ar
c(Sg2-Sg1).ExistanceOfPathToAdjSG1、の状態を参照
し、このフラグがFALSE であれば、Sg1からSg2へ
は探索を進めない。これによって、効率化を妨げないよ
うに考慮している。又、このサブゴール有向グラフに
は、前回までに生成したサブゴール及びその候補に関す
る情報が記憶されているので、そのデータを参照するこ
とにより、再度、始めから幾何モデラを用いてロボット
と作業環境との干渉を検査するような無駄を省き、探索
効率の向上を図っている。STEP2 のS901の選択処理
でも、SgGraph が参照され、SgGraph.Cell(Sg1).AdjSG
List.Cell(Arc(Sg2-Sg1)).PathToAdjSG が空ではない
(つまり、既に局所経路を求めた)隣接サブゴールSg
1、Sg2間はスキップされ、次の隣接サブゴールSg
2、Sg3が選択される。又、本発明の経路計画方法で
は、図1のフローチャートのS306の処理で、図6の
ようなサブゴール系列リストListOfSgSeq を選択する処
理に失敗(FALSE)した場合、所定時間経過したかどう
か判断される(S309)。時間切れであれば、探索失
敗として終了する。時間切れで無ければ、離散化刻み幅
disParaをN(整数)分割し(S310)、d−
C−Lresの再形成を行って(S303)、一連の処
理を継続する。
Next, a description will be given of a unique process of the present invention for eliminating oversight of a route by backtracking (re-searching) and improving the accuracy of route search. If the local route search between adjacent subgoals fails in the middle of the process in STEP2 (FALSE), the process returns to the subgoal sequence search in STEP1 (S304). For example, the subgoal sequence S in FIG.
In the local route search within Sg1, Sg2, Sg3, Sg4, and G, if the local route search between Sg1 and Sg2 fails as shown in FIG. 8B, the process returns to STEP1 and returns to Sg1 as shown in FIG. Subgoal sequence S → Sg1 ′ → Sg2 → Sg3 → Sg4 which does not pass through the arc from Sg2 to Sg2
→ Search for G again. For this purpose, as shown in the flowcharts of FIGS. 3 and 7, both STEP1 and STEP2 perform a search with reference to the data of the subgoal directed graph (FIG. 5).
Change the data according to the result of the search. Also, if STEP2 shown in FIG. 7 succeeds in the local route search S903 between the adjacent subgoals Sg1 and Sg2, the obtained route is 703 of the subgoal directed graph SgGraph shown in FIG.
Of SGgraph.Cell (Sg1) .AdjSGList.Cell (Arc (Sg2-
Sg1)). PathToAdjSG. Conversely, Sg1 → S
If the local route search S903 between g2 fails, SgGrap
h.Cell (Sg1) .AdjSGList.Cell (Arc (Sg2-Sg1)). Exis
Changed to tanceOfPathToAdjSG1 = FALSE. Also, STEP
1 always returns SgGraph.Cell (Sg1) .AdjSGList.Cell (Ar
Reference is made to the state of c (Sg2-Sg1) .ExistanceOfPathToAdjSG1, and if this flag is FALSE, the search does not proceed from Sg1 to Sg2. This is done so as not to hinder efficiency. In addition, since the information on the subgoals and their candidates generated up to the previous time is stored in the directed subgoal graph, by referring to the data, the interference between the robot and the work environment is again started from the beginning by using the geometric modeler. In order to improve the search efficiency, it is possible to eliminate the waste of inspecting. SgGraph is also referred to in the selection processing of S901 in STEP2, and SgGraph.Cell (Sg1) .AdjSG
List.Cell (Arc (Sg2-Sg1)). PathToAdjSG is not empty (that is, the adjacent subgoal Sg for which the local route has already been obtained)
1 and Sg2 are skipped, and the next adjacent subgoal Sg
2, Sg3 is selected. In the route planning method of the present invention, when the process of selecting the subgoal sequence list ListOfSgSeq as shown in FIG. 6 fails (FALSE) in the process of S306 in the flowchart of FIG. 1, it is determined whether a predetermined time has elapsed. (S309). If the time has expired, the process ends as a search failure. If the time has not expired, the discretized step width disPara is divided by N (integer) (S310), and d-
The C-Lres is reformed (S303), and a series of processing is continued.

【0013】次に、図1のフローチャートのサブゴール
系列リストListOfSgSeq から、サブゴール系列SgSeq を
選択する処理(S306)。図7のパラメータrPar
aの設定処理(S902)。サブゴール有向グラフ(図
5)及びサブゴール系列リスト(図6)のデータとの関
係について詳細に説明する。STEP1 で求めたサブゴール
系列SgSeq を、図6に示したサブゴール系列リストList
OfSgSeq(801)の先頭に挿入する。挿入された時点で
は、STEP2 の実行結果に関するフラグBOOL SearchResul
t1、SearchResult2 、は共にTRUEとなっている。図1の
S306の処理では、ListOfSgSeq の先頭要素のSearch
Result1 がまずチェックされる。これがTRUEの場合は、
そのサブゴール系列が選択される。つまり、STEP1 で新
しいサブゴール系列を求めた場合は、必ず、それを選択
する。図7のS901の処理で、隣接サブゴールを選択
する際に、隣接サブゴールへの経路の存在性を示すフラ
グExistanceOfPathToAdjSg1 、(図5:サブゴール有向
グラフ:704)がチェックされ、このフラグがTRUEの
場合、S902の処理において、パラメータのrPar
aは予め設定した値rParaMinに設定する。次
に、S903のSTEP2 での経路探索処理で、局所経路探
索に失敗した場合、先述したようにフラグExistanceOfP
athToAdjSG1 をFALSE に書換え、更に、SearchResult1
もFALSE に書換える。STEP1(S304の処理) でサブゴ
ール系列探索に失敗した場合、図6のサブゴール系列リ
ストListSgSeq にストアされているサブゴール系列のフ
ラグSearchResult1(図6:802)は全てFALSE になっ
ている。この場合は、S306にスキップしてSearchRe
sult2 がTRUEのサブゴール系列を選択する。このサブゴ
ール系列は過去にSTEP2 が実行されたものであり、隣接
サブゴール間のいずれかにおいてS903のSTEP2 の経
路探索処理に失敗している。SearchResult1=FALSE 、Se
archResult2=TRUEのサブゴール系列を選択する時は、最
もゴール配置G近くまで局所経路探索(S903)に成
功し、なおかつ、その経路長が最も短いものを選択す
る。このようにして選択されたサブゴール系列に対し
て、図7のS901の処理で隣接サブゴールを選択する
際、ExistanceOfPathToAdjSG1=FALSE のものが選択され
る。このとき同図のS902の処理で、パラメータrP
araは予め設定した値、rParaMaxに設定さ
れ、S903が再実行される。このS903の再探索に
成功したら、サブゴール有向グラフの該当するExistanc
eOfPathToAdjSG1 をTRUEに書換える。又、S903の探
索処理に失敗した場合は、サブゴール有向グラフが該当
するExistanceOfPathToAdjSG2 をFALSE に書換え、図6
のサブゴール系列リストのSearchResult2 もFALSE に書
換える。又、S306の処理でSearchResult1=FALSE 、
SearchResult2=TRUEのサブゴール系列を選択する際、各
隣接サブゴール間に対してサブゴール有向グラフの該当
するExistanceOfPathToAdjSG2 をチェックし、これがFA
LSE のものは選択しないようにする。そしてS306
は、サブゴール系列リストからサブゴールの選択に成功
した場合、TRUEを返し、SearchResult2 が全てFALSE の
ため選択に失敗した場合はFALSE を返す。以上、本実施
の形態では、サブゴール有向グラフの隣接サブゴール間
経路の存在性を示すフラグExistanceOfPathToAdjSGと、
サブゴール系列リストのSTEP2 実行結果を示すフラグSe
archResultをそれぞれ2つづつ使用したが、これに限定
するものではなく、それらを更に多数用意することによ
り、rParaを多段階に変更してSTEP2 の隣接サブゴ
ール間局所経路探索S903を実行してもよい。
Next, a process of selecting a subgoal sequence SgSeq from the subgoal sequence list ListOfSgSeq in the flowchart of FIG. 1 (S306). The parameter rPar of FIG.
a setting process (a) (S902). The relationship between the data of the subgoal directed graph (FIG. 5) and the data of the subgoal sequence list (FIG. 6) will be described in detail. The subgoal sequence SgSeq obtained in STEP1 is converted to the subgoal sequence list List shown in FIG.
Insert at the beginning of OfSgSeq (801). At the time of insertion, the flag BOOL SearchResul related to the execution result of STEP2
t1 and SearchResult2 are both TRUE. In the process of S306 in FIG. 1, the search of the first element of ListOfSgSeq
Result1 is checked first. If this is TRUE,
The subgoal sequence is selected. In other words, if a new subgoal sequence is found in STEP1, be sure to select it. In the process of S901 in FIG. 7, when selecting an adjacent subgoal, the flag ExistanceOfPathToAdjSg1 (FIG. 5: subgoal directed graph: 704) indicating the existence of a route to the adjacent subgoal is checked, and if this flag is TRUE, S902 In the processing of, the parameter rPar
a is set to a preset value rParaMin. Next, if the local route search fails in the route search process in STEP2 of S903, the flag ExistanceOfP is set as described above.
Rewrite athToAdjSG1 to FALSE, and searchResult1
Is also rewritten to FALSE. When the subgoal sequence search fails in STEP1 (processing of S304), all the subgoal sequence flags SearchResult1 (802 in FIG. 6) stored in the subgoal sequence list ListSgSeq of FIG. 6 are FALSE. In this case, skip to S306 and search
sult2 selects a subgoal sequence of TRUE. This subgoal sequence is the result of STEP2 executed in the past, and the route search process of STEP2 in S903 has failed in any of the adjacent subgoals. SearchResult1 = FALSE, Se
When selecting a subgoal sequence of archResult2 = TRUE, a local path search (S903) that is the closest to the goal arrangement G is succeeded and the path length is shortest. When selecting an adjacent subgoal in the subgoal sequence selected in this way in the process of S901 in FIG. 7, the one of ExistanceOfPathToAdjSG1 = FALSE is selected. At this time, in the process of S902 in FIG.
ara is set to a predetermined value, rParMax, and S903 is executed again. If the re-search in S903 succeeds, the corresponding Existanc of the subgoal directed graph
Rewrite eOfPathToAdjSG1 to TRUE. If the search process in S903 fails, the ExistingGoalToTodjjSG2 corresponding to the subgoal directed graph is rewritten to FALSE, and FIG.
Rewrite SearchResult2 of the subgoal sequence list to FALSE. In the process of S306, SearchResult1 = FALSE,
When selecting a subgoal sequence of SearchResult2 = TRUE, check the corresponding ExistanceOfPathToAdjSG2 of the directed subgoal graph between each adjacent subgoal, and this is FA
Do not choose LSE ones. And S306
Returns TRUE if the subgoal is selected from the subgoal sequence list, and returns FALSE if the selection fails because SearchResult2 is all FALSE. As described above, in the present embodiment, the flag ExistanceOfPathToAdjSG indicating the existence of the path between adjacent subgoals of the subgoal directed graph,
Flag Se indicating the execution result of STEP2 of the subgoal sequence list
Although two archResults are used, respectively, the present invention is not limited to this. By preparing a larger number of them, rPara may be changed to multiple stages and the local route search S903 between adjacent subgoals in STEP2 may be executed. .

【0014】次に、図9は図1に示す経路計画方法を計
算機に実装した探索結果を示す図であり、本実施の形態
による効果を実証するために、2次元C空間において経
路探索を実行した例を示したものである。この例では、
d−C−Hresの分解能は100(各軸0〜99の整
数値)である。又、disPara=18.385とし
てd−C−Lresを形成している。又、rParaの
設定値はrParaMin=1、rParaMax=
1.2としている。但し、これらの比は限定ではない。
図9(a)では、自由空間が広くなっているため、STEP
1 のサブゴール系列探索に失敗することなく、rPar
aMinのまま、STEP2 が実行され13回目のSTEP2 に
おいて、スタート配置Sからコール配置Gに至る経路を
求められている様子を示している。一方、図9(b)の
場合は、自由空間が局所的に狭いケースなので、途中で
STEP1 (Sg1→Sg2)に失敗し、rPara=rP
araMaxに変更してSTEP2 の隣接サブゴール間局所
経路探索S903が実行されている。Sg1からSg2
までの局所経路探索に成功した後は、STEP1 に失敗する
こともなくSg2→Gまで探索が進行している。なお、
STEP1 ではd−C−Lresの対角線上の格子点を隣接
格子点としてA* 探索を、STEP2 のS903では、d−
C−Hresの対角線上の格子点を隣接格子点とはせず
に、修正A* 探索を適用している。このような本発明の
経路計画法によれば、局所経路探索の探索範囲を指定す
るパラメータrParaを動的に変更しているため、ス
タート配置やゴール配置が障害物に囲まれ、非常に狭い
領域を通過しないとゴール配置に到達できないような所
でも、見落としがなく経路を発見することができる。図
10は比較のための従来方式の図であるが、図はパラメ
ータd−C−Hresによる従来のC空間離散化法(修
正A* 探索)をそのまま適用した探索結果を示す。同図
の(a)、(b)の障害物形状は、それぞれ図9
(a)、(b)の場合と同じである。図9と図10を比
較すると、本発明の経路計画方法は従来の方法に比べて
探索領域が大幅に削減されていることが分かる。したが
って、本発明の経路計画方法によれば、探索効率が向上
し、探索精度が上がり、経路を高速に求めることができ
る。また、ここまでは説明の都合上、2次元C空間を例
にとって説明してきたが、勿論、本発明の経路計画方法
は3次元以上のC空間に対してもそのまま適用可能であ
る。
FIG. 9 is a view showing a search result obtained by implementing the route planning method shown in FIG. 1 on a computer. In order to demonstrate the effect of the present embodiment, a route search is executed in a two-dimensional C space. FIG. In this example,
The resolution of dC-Hres is 100 (integer value of each axis 0 to 99). Also, dC-Lres is formed with disPar = 18.385. The set values of rPara are rParaMin = 1, rParaMax =
1.2. However, these ratios are not limited.
In FIG. 9 (a), since the free space is wide, STEP
RPar without failing to search the subgoal sequence of 1
STEP2 is executed with aMin, and in the thirteenth STEP2, a path from the start arrangement S to the call arrangement G is obtained. On the other hand, in the case of FIG. 9B, since the free space is locally narrow,
STEP1 (Sg1 → Sg2) failed, rPara = rP
araMax, and a local route search S903 between adjacent subgoals in STEP2 is executed. Sg1 to Sg2
After a successful local route search up to Sg2, the search proceeds from Sg2 to G without failing in STEP1. In addition,
In STEP1, an A * search is performed using a grid point on the diagonal line of dC-Lres as an adjacent grid point.
The modified A * search is applied without setting grid points on the diagonal line of C-Hres as adjacent grid points. According to such a route planning method of the present invention, since the parameter rPara for specifying the search range of the local route search is dynamically changed, the start arrangement and the goal arrangement are surrounded by obstacles, and a very narrow area is set. Even in places where the goal arrangement cannot be reached without passing through, a route can be found without oversight. FIG. 10 is a diagram of a conventional system for comparison. FIG. 10 shows a search result obtained by directly applying the conventional C-space discretization method (modified A * search) using the parameter dC-Hres. The obstacle shapes of FIGS. 9A and 9B are respectively shown in FIG.
This is the same as the cases (a) and (b). 9 and FIG. 10, it can be seen that the route planning method of the present invention greatly reduces the search area as compared with the conventional method. Therefore, according to the route planning method of the present invention, search efficiency is improved, search accuracy is improved, and a route can be obtained at high speed. Although the two-dimensional C space has been described as an example for the sake of convenience, the route planning method of the present invention can be applied to a three-dimensional or more C space.

【0015】次に、本発明の第2の実施の形態について
図を参照して説明する。図11は本発明の第2の実施の
形態に係るロボットの大域動作経路計画制御装置のブロ
ック図である。図11において、1301はロボットと
その作業環境の幾何モデルを入力するロボット・環境モ
デル入力手段であり、1302はロボット・環境モデル
入力手段1301がが出力する幾何モデルを記憶する幾
何モデル記憶手段である。1303は幾何モデル記憶手
段1302の情報を利用してロボットと環境との干渉を
検査する干渉検査手段である。1304はロボットのス
タート配置とゴール配置およびその他のパラメータを入
力するスタート・ゴール配置パラメータ入力手段であ
る。1305はパラメータ入力手段1304が出力する
パラメータを設定、あるいは探索の状況に応じて変更す
るパラメータ設定・変更手段であり、1306はパラメ
ータ設定・変更手段1305によって設定されたパラメ
ータを用いて、サブゴール系列探索のための離散化配置
空間を設定する離散化配置空間設定手段である。130
7は離散化配置空間設定手段1306によって決められ
た離散化配置空間において、干渉検査手段1303の干
渉検査結果をを利用してサブゴールの系列を探索するサ
ブゴール系列探索手段である。1308はサブゴール系
列探索手段1307によって生成されたサブゴールおよ
びその候補を有向グラフの形式で記憶するサブゴール有
向グラフ記憶手段である。1309はサブゴール系列探
索手段1307によって得られたサブゴール系列をリス
トの形式で記憶するサブゴール系列リスト記憶手段であ
る。1310はサブゴール系列リスト記憶手段1309
が記憶している情報から1つのサブゴール系列を選択す
るサブゴール系列選択手段である。1311はサブゴー
ル系列選択手段1310によって選ばれたサブゴール系
列を一時的に記憶しておくサブゴール系列一時記憶手段
である。1312はサブゴール系列選択手段1310に
よって選ばれ、サブゴール系列一時記憶手段1311に
記憶されているサブゴール系列から2つの隣接サブゴー
ルを選択する隣接サブゴール選択手段である。1313
は隣接サブゴール選択手段1312から得られる2つの
隣接サブゴール間の局所経路を探索する隣接サブゴール
間経路探索手段であり、1314は隣接サブゴール間経
路探索手段1313が経路を探索する時に探索範囲を制
限する探索範囲制限手段である。1315はサブゴール
有向グラフ記憶手段1308に記憶されている情報とサ
ブゴール系列一時記憶手段1311の情報を受けて、ス
タート配置からゴール位置に至る連続した経路を記憶す
る経路記憶手段であり、1316は経路記憶手段131
5が記憶している経路を出力する経路出力手段である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a block diagram of a global motion path planning control device for a robot according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 11, reference numeral 1301 denotes a robot / environment model input unit for inputting a geometric model of a robot and its working environment; and 1302, a geometric model storage unit for storing a geometric model output by the robot / environment model input unit 1301. . Reference numeral 1303 denotes an interference inspection unit that inspects interference between the robot and the environment by using information of the geometric model storage unit 1302. Reference numeral 1304 denotes a start / goal arrangement parameter input unit for inputting the start arrangement and the goal arrangement of the robot and other parameters. Reference numeral 1305 denotes a parameter setting / change means for setting a parameter output by the parameter input means 1304 or changing the parameter in accordance with a search situation. Reference numeral 1306 denotes a subgoal sequence search using the parameters set by the parameter setting / change means 1305. Is a discretized arrangement space setting means for setting a discretized arrangement space for the above. 130
Reference numeral 7 denotes a subgoal sequence search unit that searches for a subgoal sequence using the interference test result of the interference test unit 1303 in the discretized layout space determined by the discretized layout space setting unit 1306. Reference numeral 1308 denotes a subgoal directed graph storage unit that stores the subgoals and their candidates generated by the subgoal sequence search unit 1307 in the form of a directed graph. A subgoal sequence list storage unit 1309 stores the subgoal sequence obtained by the subgoal sequence search unit 1307 in the form of a list. Reference numeral 1310 denotes a subgoal sequence list storage unit 1309
Is a subgoal sequence selecting means for selecting one subgoal sequence from the information stored in the subgoal sequence. Reference numeral 1311 denotes a subgoal sequence temporary storage unit for temporarily storing the subgoal sequence selected by the subgoal sequence selection unit 1310. Reference numeral 1312 denotes an adjacent subgoal selecting unit that is selected by the subgoal sequence selecting unit 1310 and selects two adjacent subgoals from the subgoal sequence stored in the subgoal sequence temporary storage unit 1311. 1313
Is a route search unit between adjacent subgoals that searches for a local route between two adjacent subgoals obtained from the adjacent subgoal selection unit 1312, and 1314 is a search that limits the search range when the route search unit 1313 between adjacent subgoals searches for a route. This is a range limiting means. Reference numeral 1315 denotes a route storage unit that receives the information stored in the subgoal directed graph storage unit 1308 and the information of the subgoal sequence temporary storage unit 1311 and stores a continuous route from the start arrangement to the goal position. 131
Reference numeral 5 denotes a route output unit that outputs the stored route.

【0016】つぎに以上のような構成の制御装置の動作
について説明する。制御装置全体の動作については、前
実施の形態で示した図1のフローチャートの処理のSTEP
1 、STEP2 による経路探索が行われるが、以下、その大
略要点について簡単に説明するる。スタート・ゴール配
置パラメータ入力手段1304、パラメータ設定・変更
手段1305、離散化配置空間設定手段1306、にお
いて、スタート配置S、ゴール配置Gに加え、STEP1 の
場合のパラメータdisPara、STEP2 において探索
空間を制限するパラメータrParaMin、rPar
aMax等の設定が行われ、サブゴール系列探索手段1
307によりSTEP1 による経路探索が実行される。サブ
ゴール系列探索手段1307により探索されたサブゴー
ル系列および候補は、サブゴール有向グラフ記憶手段
に、図5に示したようなデータ構造で記憶される。又、
探索されたサブゴール系列をリストの形式で、図6に示
すようなデータ構造としてサブゴール系列リスト記憶手
段1309に記憶される。次に、サブゴールド系列リス
ト記憶手段に記憶している情報から1つのサブゴール系
列を、サブゴール系列選択手段で選択してサブゴール系
列一時記憶手段1311に記憶させ、そこから隣接サブ
ゴール選択手段1312が2つの隣接サブゴールを選択
する。選択された2つの隣接サブゴール間の局所経路
を、隣接サブゴール間経路探索手段1313がSTEP2 に
より探索する。この場合に探索範囲制限手段1314は
パラメータ設定手段1305よりパラメータrPara
等を参照し、図8に示すような楕円体領域を用いて探索
範囲Srng等を演算して探索範囲を制限する。隣接サブゴ
ール間経路探索手段1313による探索結果は、サブゴ
ール有向グラフ記憶手段1308に記憶される。又、こ
の間の結果によっては、バックトラッキングや再探索等
の繰り返し処理も行われる。最後に、サブゴール有向グ
ラフ記憶手段1308の情報と、サブゴール系列一時記
憶手段1311の情報から、スタート配置S→ゴール配
置Gに至る連続経路を記憶している経路記憶手段131
5より経路出力手段1316へ経路情報を出力してロボ
ットを障害物と干渉しないように動作させる。このよう
に、第2の実施の形態によれば、動作については説明の
都合上2次元空間経路探索を例に説明したが、勿論3次
元以上のC空間についてもそのまま適用可能であり、経
路の探索効率が向上して経路の見落としが少なくなり、
かつ、ロボット経路を高速で求めることが可能になる。
Next, the operation of the control device having the above configuration will be described. Regarding the operation of the entire control device, the STEP of the processing of the flowchart of FIG.
1. A route search is performed according to STEP2. The outline of the route search will be briefly described below. In the start / goal arrangement parameter input unit 1304, the parameter setting / change unit 1305, and the discretized arrangement space setting unit 1306, the search space is limited by the parameters disPara and STEP2 in the case of STEP1 in addition to the start arrangement S and the goal arrangement G. Parameters rParaMin, rPar
aMax etc. are set, and the subgoal sequence search means 1
At 307, a route search in STEP1 is executed. The subgoal series and the candidates searched for by the subgoal series search unit 1307 are stored in the subgoal directed graph storage unit in a data structure as shown in FIG. or,
The searched subgoal sequences are stored in the form of a list in the subgoal sequence list storage unit 1309 as a data structure as shown in FIG. Next, one subgoal sequence is selected from the information stored in the subgold sequence list storage unit by the subgoal sequence selection unit and stored in the subgoal sequence temporary storage unit 1311. Select an adjacent subgoal. The adjacent inter-goal route search means 1313 searches for a local route between the selected two adjacent sub-goals according to STEP2. In this case, the search range limiting unit 1314 sends the parameter rPara from the parameter setting unit 1305.
The search range Srng or the like is calculated using an ellipsoidal region as shown in FIG. 8 to limit the search range. The search result by the adjacent subgoal route search unit 1313 is stored in the subgoal directed graph storage unit 1308. Also, depending on the result during this time, repetitive processing such as back tracking and re-searching may be performed. Finally, based on the information in the subgoal directed graph storage unit 1308 and the information in the subgoal sequence temporary storage unit 1311, a route storage unit 131 storing a continuous path from the start arrangement S to the goal arrangement G is stored.
The route information is output to the route output means 1316 from 5 and the robot is operated so as not to interfere with the obstacle. As described above, according to the second embodiment, the operation has been described by taking a two-dimensional space route search as an example for convenience of explanation. However, it is needless to say that the operation can be applied to a three-dimensional or more C space without any change. Increased search efficiency, less oversight of routes,
In addition, it is possible to obtain a robot path at a high speed.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロボットのスタート配置とゴール配置が与えられた時、
その間を大まかに分割するSTEP1 の探索処理により離散
化C空間を形成してグラフ探索手法を用いてサブゴール
系列を探索し、求められたサブゴール間に、STEP2 の探
索処理による、更に、微小な間隔の格子点を持つ離散化
C空間を形成してグラフ探索手法を用いて局所経路を求
めるという2段階の経路探索を実行するので、探索空間
が大幅に抑制されて探索効率が向上し、ロボットの制御
に関するリソース消費を抑えて全体として性能を向上さ
せるという効果がある。更に、経路探索処理について
も、STEP1 による探索結果をサブゴール系列リストに格
納し、それを用いてSTEP2 の局所経路探索を実行し結果
をサブゴール有向グラフに反映させて、無駄を省いた局
所経路探索に必要最小限な情報をストアすることでデー
タ処理の効率化を図り、STEP2 の探索が失敗した場合に
も、バックトラッキング(再探索)を繰り返し実行する
ので、探索精度が向上し、3次元作業空間で自由度の大
きな多関節マニュピレータに対しても、高速で実用的な
経路計画が実現できるという効果がある。更に、STEP1
の探索が成功した場合は、求めたサブゴール系列をサブ
ゴール系列リストに保存してパラメータrParaMi
nを用いてSTEP2 を実行し、STEP1 の探索が失敗した場
合には、探索範囲を広くするパラメータrParaMa
xによりSTEP2 を実行するというように、局所経路探索
の探索範囲を動的に変更する探索を行っているので、自
由空間が非常に狭くなっている場合でも、経路を見落と
す可能性が小さくなるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
Given the start and goal positions of the robot,
The discretized C space is formed by the search processing of STEP 1 that roughly divides the space between them, and a subgoal sequence is searched using the graph search method. Since a two-stage path search of forming a discretized C space having lattice points and finding a local path using a graph search method is performed, the search space is greatly suppressed, search efficiency is improved, and robot control is performed. This has the effect of suppressing resource consumption and improving overall performance. Furthermore, in the route search process, the search result of STEP1 is stored in the subgoal sequence list, and the local route search of STEP2 is executed using it, and the result is reflected in the subgoal directed graph, which is necessary for the local route search without waste. By storing a minimum amount of information, data processing is streamlined. Even if the search in STEP2 fails, backtracking (re-search) is repeatedly executed, improving search accuracy and improving the 3D workspace. Even for an articulated manipulator having a large degree of freedom, there is an effect that a high-speed and practical path planning can be realized. Furthermore, STEP1
If the search is successful, the obtained subgoal sequence is stored in the subgoal sequence list, and the parameter rParaMi
Step 2 is executed using n, and if the search for STEP 1 fails, the parameter rParaMa for expanding the search range is used.
Because the search range of the local route search is dynamically changed, such as executing STEP2 with x, the possibility of overlooking the route is reduced even if the free space is very narrow. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るロボットの大
域動作経路計画方法の処理のフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart of a process of a global motion path planning method for a robot according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す離散化C空間構成法とサブゴール系
列探索結果を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a discretized C space construction method shown in FIG. 1 and a subgoal sequence search result.

【図3】図1に示すSTEP1 の処理の内部フローチャート
である。
FIG. 3 is an internal flowchart of processing in STEP1 shown in FIG. 1;

【図4】図3に示すグラフ探索に用いる連結リストのデ
ータ構造例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a data structure of a linked list used for the graph search shown in FIG. 3;

【図5】図3に示すサブゴール有向グラフのデータ構造
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a data structure of a subgoal directed graph shown in FIG. 3;

【図6】図1に示すサブゴール系列リストのデータ構造
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a data structure of a subgoal sequence list shown in FIG.

【図7】図1に示すSTEP2 の内部フローチャートであ
る。
FIG. 7 is an internal flowchart of STEP2 shown in FIG. 1;

【図8】図7に示す経路探索範囲を制限する局所領域を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a local area for limiting the route search range shown in FIG. 7;

【図9】図1に示す経路計画方法を計算機に実装した探
索結果を示す図である。
9 is a diagram showing a search result obtained by implementing the route planning method shown in FIG. 1 on a computer.

【図10】図9に示す経路探索結果の比較図である。FIG. 10 is a comparison diagram of the route search result shown in FIG. 9;

【図11】本発明の第2の実施の形態に係るロボットの
大域動作経路計画制御装置のブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram of a global motion path planning control device for a robot according to a second embodiment of the present invention.

【図12】従来のロボットが置かれている座標系および
ロボットの配置空間を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a coordinate system in which a conventional robot is placed and an arrangement space for the robot.

【図13】従来の2次元離散化C空間と経路探索の進行
図である。
FIG. 13 is a progress diagram of a conventional two-dimensional discretized C space and a path search.

【図14】従来の多数の移動物体を伴うシステムの移動
計画および制御方法のシステム構成ブロック図である。
FIG. 14 is a system configuration block diagram of a conventional movement planning and control method for a system involving many moving objects.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 3自由度マニピュレータ 102 3自由度移動ロボット 103 2次元作業空間 104 2次元作業空間の障害物 105、205、404、1004 C空間の障害物 201 2次元C空間 202 2次元離散化C空間 203、401 スタート配置 204、402 ゴール配置 206 展開されたノード 207 未展開ノード 208 ロボットと障害物が干渉した未展開ノード 403 離散化間隔 405 サブゴール 601 連結リスト 602 連結リストのセル 603 グラフ探索に用いる連結リスト 604 グラフ探索に用いる連結リストのセル 701 生成されたブゴールおよび候補を格納する連結
リスト 702 サブゴールおよびその候補を格納する連結リス
トのセル 703 隣接サブゴールに関する情報を格納する連結リ
ストのセル 704 隣接サブゴールに関する情報を格納する連結リ
ストのセル 801 サブゴール系列リストの連結リストによる実現 802 サブゴール系列リストのセル 803 サブゴール系列の連結リストによる実現 804 サブゴール系列のセル 1001 探索範囲を制限する楕円体領域 1002 サブゴールSg1 1003 サブゴールSg2 1005 隣接サブゴール間局所経路 1006 楕円体領域C空間障害物で囲まれた閉領域 1301 ロボット・環境モデル入力手段 1302 幾何モデル記憶手段 1303 干渉検査手段 1304 スタート・ゴール配置パラメータ入力手段 1305 パラメータ設定・変更手段 1306 離散化配置空間設定手段 1307 サブゴール系列探索手段 1308 サブゴール有向グラフ記憶手段 1309 サブゴール系列リスト記憶手段 1310 サブゴール系列選択手段 1311 サブゴール系列一時記憶手段 1312 隣接サブゴール選択手段 1313 隣接サブゴール間経路探索手段 1314 探索範囲制限手段 1315 経路記憶手段 1316 経路出力手段
101 Three-degree-of-freedom manipulator 102 Three-degree-of-freedom mobile robot 103 Two-dimensional work space 104 Obstacle in two-dimensional work space 105, 205, 404, 1004 Obstacle in C space 201 Two-dimensional C space 202 Two-dimensional discretized C space 203, 401 Start arrangement 204, 402 Goal arrangement 206 Expanded node 207 Unexpanded node 208 Unexpanded node where robot and obstacle interfered 403 Discretization interval 405 Subgoal 601 Linked list 602 Linked list cell 603 Linked list used for graph search 604 Cell 701 of linked list used for graph search 701 Linked list storing generated goal and candidate 702 Cell of linked list storing subgoal and its candidate 703 Cell of linked list storing information about adjacent subgoal 7 4 Cell of linked list storing information on adjacent subgoals 801 Implementation of linked list of subgoal sequence list 802 Cell of subgoal sequence list 803 Implementation of linked list of subgoal sequence 804 Cell of subgoal sequence 1001 Ellipsoidal area limiting search range 1002 Subgoal Sg1 1003 Subgoal Sg2 1005 Local path between adjacent subgoals 1006 Closed area surrounded by ellipsoidal area C space obstacle 1301 Robot / environment model input unit 1302 Geometric model storage unit 1303 Interference inspection unit 1304 Start / goal arrangement parameter input unit 1305 Parameter setting / change means 1306 Discretized arrangement space setting means 1307 Subgoal sequence search means 1308 Subgoal directed graph storage means 1309 Subgoal system List storage unit 1310 subgoal sequence selecting unit 1311 subgoal series temporary storage unit 1312 adjacent sub-goal selection means 1313 adjacent subgoal between the route search unit 1314 search range restriction unit 1315 route storage unit 1316 routes the output means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3F059 BA02 CA06 FA03 FA06 FA07 FB01 FC14 5H269 AB33 BB05 BB14 CC09 EE03 EE25 NN16 NN17  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3F059 BA02 CA06 FA03 FA06 FA07 FB01 FC14 5H269 AB33 BB05 BB14 CC09 EE03 EE25 NN16 NN17

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロボットのスタート配置とゴール配置が
与えられたとき、ロボットとその作業環境にある障害物
の幾何学的形状とそれらの配置を記述する計算機上の幾
何学モデル手段と、モデル同士の干渉を検出する計算機
上の干渉検出手段とを用い、ロボットと障害物が干渉を
起こさないように2段階の経路探索を行うロボットの大
域動作経路計画方法において、 ステップ1として、配置空間(C空間)または作業
空間を大まかに離散化した格子点(サブゴール候補)を
持つ空間(離散化C空間)を形成し、グラフ(状態空
間)探索手法を用いて、スタート配置あるいはゴール配
置から前記格子点を経由してゴール配置あるいはスター
ト配置へ至るサブゴール系列を求め、 ステップ2として、前記ステップ1で求められたサ
ブゴール系列から隣接するサブゴールを2つづつ取り出
し、その隣接するサブゴールを包含する空間において前
記ステップ1より微少間隔で離散化した格子点を持つ空
間(離散化C空間)を形成し、グラフ(状態空間)探索
手法を用いて前記隣接サブゴール間の微少間隔格子点列
すなわち局所微少間隔経路を求める処理を繰り返し、 前記ステップ2で、サブゴール系列に含まれる隣接
サブゴールSg-i, Sg-i+1間の局所経路探索に失敗した場
合は、ステップ1に戻り(バックトラッキング)、サブ
ゴールSg-iからSg-i+1へのアークを経由しない別のサブ
ゴール系列を求め直し、再びステップ2に移る処理を繰
り返し、 スタート配置からゴール配置までの連続した微小間
隔経路が求まった場合に、繰り返し処理を終了すること
を特徴とするロボットの大域動作経路計画方法。
1. When a start arrangement and a goal arrangement of a robot are given, a geometric model means on a computer for describing the geometric shapes of the robot and obstacles in the work environment and their arrangement, A global motion path planning method for a robot that uses a computer-based interference detection means for detecting the interference of the robot and performs a two-stage path search so that the robot and an obstacle do not interfere with each other. Space) or a space (discrete C space) having grid points (subgoal candidates) obtained by roughly discretizing the work space, and using a graph (state space) search method, the grid points are calculated from the start arrangement or the goal arrangement. The subgoal sequence leading to the goal placement or start placement via is obtained. Two adjacent subgoals are taken out at a time, and a space (discrete C space) having lattice points discretized at minute intervals from step 1 is formed in a space including the adjacent subgoals, and a graph (state space) search method is performed. Is repeated to obtain a sequence of minutely spaced grid points between adjacent subgoals, that is, local minutely spaced paths. In step 2, a local route search between adjacent subgoals Sg-i and Sg-i + 1 included in the subgoal sequence If it fails, the process returns to step 1 (backtracking), finds another subgoal sequence that does not go through the arc from subgoal Sg-i to Sg-i + 1, and repeats the process of step 2 again. Global motion path planning for a robot characterized by terminating repetitive processing when a continuous micro-interval path from the robot to the goal placement is determined Law.
【請求項2】 前記ステップ2において、隣接サブゴー
ル間の局所経路を求める際、探索範囲を2つの隣接サブ
ゴールを包含する所定の局所領域に限定することを特徴
とする請求項1記載のロボットの大域動作経路計画方
法。
2. The global robot according to claim 1, wherein in step 2, when a local route between adjacent subgoals is obtained, a search range is limited to a predetermined local area including two adjacent subgoals. Motion path planning method.
【請求項3】 前記ステップ2において、隣接サブゴー
ルSg-i,Sg-i+1 を結ぶ局所経路を求める際、離散化C空
間上の2点n, m間の距離をd (n,m )、rPara を1以
上のパラメータとしたとき、探索領域Srng を Srng={ n|d(sg-i,n) +d(n,sg-i+1) <=d(sg-i,sg-i
+1)×rPara } により制限することを特徴とする請求項2記載のロボッ
トの大域動作経路計画方法。
3. In the step 2, when obtaining a local path connecting the adjacent subgoals Sg-i, Sg-i + 1, the distance between two points n, m on the discretized C space is represented by d (n, m). , RPara as one or more parameters, the search area Srng is defined as Srng = {n | d (sg-i, n) + d (n, sg-i + 1) <= d (sg-i, sg-i
3. The global motion path planning method for a robot according to claim 2, wherein the restriction is performed by +1) × rPara}.
【請求項4】 前記ステップ2において、隣接サブゴー
ル間の局所経路を求める際、隣接サブゴールを包含する
前記探索範囲を動的かつ多段階に変更することを特徴と
する請求項2又は3記載のロボットの大域動作経路計画
方法。
4. The robot according to claim 2, wherein, in the step (2), when obtaining a local route between adjacent subgoals, the search range including the adjacent subgoals is dynamically and multistagely changed. Global motion path planning method.
【請求項5】 前記ステップ1でサブゴール系列を求め
る際に、生成された全てのサブゴールおよびその候補
を、重複を省いて計算機上に有向グラフの形式で記憶
し、前記ステップ2の実行結果によってサブゴール有向
グラフのデータを更新し、前記ステップ1、2ともに最
新のサブゴール有向グラフのデータを反映して探索を行
うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の
ロボットの大域動作経路計画方法。
5. When a subgoal sequence is obtained in step 1, all generated subgoals and their candidates are stored in a computer in a directed graph format without duplication, and the subgoal directed graph is stored in accordance with the execution result in step 2. 5. The global motion path planning method for a robot according to claim 1, wherein the search is performed by updating the data of the sub-goal directed graph in both the steps 1 and 2. 6.
【請求項6】 前記ステップ1で求められたサブゴ
ール系列を全てリストに保存しておき、 ステップ1のサブゴール系列探索に成功した場合
は、そのサブゴール系列に対して前記ステップ2を実行
し、 ステップ1のサブゴール系列探索に失敗した場合
は、サブゴール系列のリストの中からサブゴール系列を
適当に1つ選び出し、 過去ステップ2において局所経路探索に失敗した場
合は隣接サブゴール間に対して前回よりも前記探索範囲
を広くしてステップ2を実行し、 その局所経路探索に成功した場合は、それ以降の未
探索の隣接サブゴール間局所経路探索に対しては前記探
索範囲を元に戻すことを特徴とする請求項4又は5記載
のロボットの大域動作経路計画方法。
6. The subgoal sequence obtained in step 1 is stored in a list, and if the subgoal sequence search in step 1 succeeds, step 2 is executed for the subgoal sequence. If the subgoal sequence search fails, a subgoal sequence is appropriately selected from the list of subgoal sequences, and if the local route search fails in the past step 2, the search range between adjacent subgoals is smaller than the previous one. And performing step 2 after widening the search range. If the local route search is successful, the search range is returned to the original range for subsequent unsearched local route searches between adjacent subgoals. 6. The global motion path planning method for a robot according to 4 or 5.
【請求項7】 前記サブゴール系列リストからサブゴー
ル系列を1つ選択する際に、最もゴール配置近くまで前
記ステップ2の隣接サブゴール間局所経路探索に成功
し、かつ最もその経路長が短いサブゴール系列から優先
的に選択することを特徴とする請求項6記載のロボット
の大域動作経路計画方法。
7. When one subgoal sequence is selected from the subgoal sequence list, the local route search between adjacent subgoals in step 2 is successfully performed to the closest to the goal arrangement, and the subgoal sequence having the shortest path length is prioritized. 7. The global motion path planning method for a robot according to claim 6, wherein the selection is performed selectively.
【請求項8】 前記ステップ2において、隣接サブゴー
ル間局所経路探索を行う際に、前記探索範囲を予め設定
した最大範囲にして探索に失敗した場合、そのサブゴー
ル系列を前記サブゴール系列のリストから削除あるいは
ラベル付けし、以降選択されないようにすることを特徴
とする請求項6又は7記載のロボットの大域動作経路計
画方法。
8. When performing a local route search between adjacent subgoals in step 2, if the search fails with the search range set to a preset maximum range, the subgoal sequence is deleted from the subgoal sequence list or 8. The global motion path planning method for a robot according to claim 6, wherein a label is attached so as not to be selected thereafter.
【請求項9】 前記サブゴール系列のリストが空になっ
た場合あるいはラベル付けによりサブゴール系列の選択
に失敗した場合、 サブゴール系列探索のために大まかな間隔で離散化
して形成した前記離散化C空間の各格子点間を整数個に
分割して細かく離散化した離散化C空間を形成し直し、 その新しい離散化C空間においてステップ1 を実行
し、 以下同様の処理を、スタート配置からゴール配置ま
での連続した微小間隔経路が求まるまであるいは予め定
めた一定時間内で、再帰的に繰り返すことを特徴とする
請求項1〜8のいずれか1項記載のロボットの大域動作
経路計画方法。
9. When the list of subgoal sequences becomes empty or when selection of a subgoal sequence fails due to labeling, the discretized C-space of the discretized C space formed by discretizing at rough intervals for subgoal sequence search. The space between each grid point is divided into an integer number to form a finely discretized discretized C space, and step 1 is executed in the new discretized C space. 9. The global motion path planning method for a robot according to claim 1, wherein recursive repetition is performed until a continuous minute interval path is obtained or within a predetermined time.
【請求項10】 ロボットとその作業環境の幾何モデル
を入力するロボット・環境モデル入力手段と、前記ロボ
ット・環境モデル入力手段が出力する前記幾何モデルを
記憶する幾何モデル記憶手段と、前記幾何モデル記憶手
段の情報を利用してロボットと環境との干渉を検査する
干渉検査手段と、ロボットのスタート配置とゴール配置
およびその他パラメータを入力するスタート・ゴール配
置パラメータ入力手段と、前記パラメータ入力手段が出
力するパラメータを設定、あるいは探索の状況に応じて
変更するパラメータ設定・変更手段と、前記パラメータ
設定・変更手段によって設定されたパラメータを用い
て、サブゴール系列探索のための離散化配置空間を設定
する離散化配置空間設定手段と、前記離散化配置空間設
定手段によって定められた離散化配置空間において、 前記干渉検査手段の干渉検査結果を利用してサブゴール
の系列を探索するサブゴール系列探索手段と、 前記サブゴール系列探索手段によって生成されたサブゴ
ールおよびその候補を有向グラフの形式で記憶するサブ
ゴール有向グラフ記憶手段と、 前記サブゴール系列探索手段によって得られたサブゴー
ル系列をリストの形式で記憶するサブゴール系列リスト
記憶手段と、 前記サブゴール系列リスト記憶手段が記憶している情報
から1つのサブゴール系列を選択するサブゴール系列選
択手段と、 前記サブゴール系列選択手段によって選ばれたサブゴー
ル系列を一時的に記憶しておくサブゴール系列一時記憶
手段と、 前記サブゴール系列選択手段によって選ばれ、前記サブ
ゴール系列一時記憶手段に記憶されているサブゴール系
列から2つの隣接サブゴールを選択する隣接サブゴール
選択手段と、 前記隣接サブゴール選択手段から得られる2つの隣接サ
ブゴール間の局所経路を探索する隣接サブゴール間経路
探索手段と、 前記隣接サブゴール間経路探索手段が前記経路を探索す
るときに探索範囲を制限する探索範囲制限手段と、 前記サブゴール有向グラフ記憶手段に記憶されている情
報と前記サブゴール系列一時記憶手段に記憶されている
情報を受けて、前記スタート配置から前記ゴール配置に
至る連続した経路を記憶する経路記憶手段と、 前記経路記憶手段から前記経路を出力する経路出力手段
と、を備えたことを特徴とするロボットの大域動作経路
計画制御装置。
10. A robot / environment model input unit for inputting a geometric model of a robot and its working environment, a geometric model storage unit for storing the geometric model output by the robot / environment model input unit, and the geometric model storage. Interference inspection means for inspecting interference between the robot and the environment using information of the means, start / goal arrangement parameter input means for inputting start arrangement and goal arrangement and other parameters of the robot, and output from the parameter input means Parameter setting / changing means for setting a parameter or changing according to a search situation; and discretization for setting a discretized arrangement space for a subgoal sequence search using the parameters set by the parameter setting / change means. The arrangement space setting means, and the discretized arrangement space setting means In the discretized arrangement space, a subgoal sequence search unit that searches for a sequence of subgoals using the interference test result of the interference test unit, and a subgoal generated by the subgoal sequence search unit and a candidate for the subgoal in the form of a directed graph Subgoal directed graph storage means for storing; subgoal sequence list storage means for storing the subgoal sequence obtained by the subgoal sequence search means in the form of a list; one subgoal sequence from information stored in the subgoal sequence list storage means Subgoal sequence selecting means for selecting a subgoal sequence temporary storing means for temporarily storing a subgoal sequence selected by the subgoal sequence selecting means, and a subgoal sequence temporary storing means selected by the subgoal sequence selecting means Remembered in Subgoal selecting means for selecting two adjacent subgoals from a series of subgoals, an adjacent intergoal path searching means for searching for a local path between two adjacent subgoals obtained from the adjacent subgoal selecting means, and an adjacent subgoal path searching Means for limiting a search range when the means searches for the route; receiving information stored in the subgoal directed graph storage means and information stored in the subgoal sequence temporary storage means, A global motion path planning control device for a robot, comprising: path storage means for storing a continuous path from an arrangement to the goal arrangement; and path output means for outputting the path from the path storage means.
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