JPH08141977A - ロボットの経路点生成装置及びその経路点を利用して駆動制御するロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部環境と接触しない必要最小限の経路点を
抽出し、効率のよいロボットの経路点を生成し、また抽
出した経路点を表示、もしくはロボットに教示して駆動
制御する。 【構成】 ロボット７３の経路生成装置１０は、計算装
置７２及び記憶装置７１からなり、計算装置７２は、中
央制御装置１００によりロボットが移動する始点から終
点までの経路Ｌを、外部環境（Ｅ１，Ｅ２）と干渉しな
い任意の複数の経路点（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３・・・）を有
する経路として経路作成手段１１０により作成し、代表
点抽出手段１２０において、これら複数の経路点（Ｋ
１，Ｋ２，Ｋ３・・・）から抽出した経路点間を結ぶ経
路が、ロボットが外部環境と干渉しない経路であるかを
チェックし、干渉しない経路点を代表点（Ｄ１、Ｄ２、
Ｄ３・・・）として抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，ロボットの経路点生成
装置およびその生成装置により生成された経路点を教示
することにより駆動するロボットに関するものであり、
特に計算装置上で経路生成を行ない、画像表示装置等に
よりシミュレーションしたのち、それをロボット実機に
適用するシステムにおいて有効である。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術としては，例えば特開平５−
１１８４３号に示されるように，出発地点と目標地点と
を結ぶ直線に直交する直線上に障害物を投影し、その投
影された線分と前記直線とが交差する場合には、交差し
ないような軌道候補を設定して回避経路を生成するもの
がある。しかしながら、障害物を回避するロボットが、
多関節のアームを有していたり、アーム先端のツールお
よびツールに把持されるワークの形状が種々異なってい
る場合が多く、回避経路を容易に探索する事が困難な場
合が多い。そのような場合、ある程度余裕を持った形で
微小なピッチの経路点を設定して、経路を生成しなけれ
ばならなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すように始点
・終点間の経路中にこのような形で設定された多数の経
路点Ｋ１，Ｋ２，・・・を、そのまま実機に適用する
と，本来必要でない多数の経路点Ｋ１，Ｋ２，・・・ま
で教示することになる。このとき，ロボットは不必要な
多数の経路点Ｋ１，Ｋ２，・・・により、各経路点間
（経路点Ｋ１−経路点Ｋ２等）で無駄な加減速を繰り返
す、または最高速度に達する前に減速される等の理由に
より，ロボットの動作が遅くなるという問題がある。

【０００４】本発明は，このような問題点に鑑みて，外
部環境と接触しない必要最小限の経路点を抽出し、効率
のよいロボットの経路点を生成し、また抽出した経路点
を表示、もしくはロボットに教示して駆動制御すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は，上記目的を達
成するために、ロボットが移動する始点・終点間に、前
記ロボットが外部環境と干渉しない任意の複数の経路点
を有する経路を作成する経路作成手段と、前記複数の経
路点より抽出した経路点間を結ぶ経路が、前記ロボット
が外部環境と干渉しない経路であるかをチェックし、干
渉しない経路点を代表点として抽出する代表点抽出手段
と、前記抽出された代表点を新たな経路点として記憶す
る記憶手段とを備えるという技術的手段を採用するもの
であり、さらに前記代表点を表示する表示手段を備える
ようにしてもよい。

【０００６】また前記経路作成手段により作成された前
記経路から所定間隔ごとの経路点を抽出するフィルタリ
ング手段を設けるようにしてもよい。さらには、前記代
表点抽出手段は、基準となる経路点を基準代表点とし
て、該基準代表点に隣接する経路点の次の経路点との経
路を生成し、該生成された経路が外部環境と干渉しない
かをチェックし、干渉しない場合は、さらに順次隣接す
る次の経路点と基準代表点との間の経路を生成し外部環
境と干渉しないかをチェックする経路点チェック手段を
備え、干渉した場合、その経路点のひとつ前の経路点
を、基準代表点の次の代表点とするように構成してもよ
い。

【０００７】また、前記次の代表点を新たな基準代表点
として終点が代表点となるまで前記経路チェック手段に
よる経路チェックを繰り返す繰り返し手段を備えるよう
にしてもよい。また、本発明においては、上記技術的手
段を採用する経路点生成装置により生成された経路点を
利用して駆動制御するロボットを構成するものでもあ
る。

【０００８】

【作用及び発明の効果】本発明は、以上のような構成を
有するので、経路生成手段により生成された経路点の中
から、さらに外部環境と干渉しない代表点を抽出するこ
とができ、代表点をロボットへ転送するのに費やす時間
が削減でき，また，無駄な加減速を繰り返すことがな
く，さらには最高速度に達するまで十分加速でき，ロボ
ットの経路上の駆動動作の高速、効率化を計ることが可
能となる。またそれら抽出された代表点を表示手段に表
示させることにより、ロボットの動作を確認できる。

【実施例】以下，本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【０００９】図３は本発明にかかる、ロボットの経路点
（代表点）生成装置およびその生成装置の教示点を利用
したロボットの構成図である。図３において経路点生成
装置１０は、計算装置７２および記憶装置７１からな
り、記憶装置７１は，装置の形状等の障害物やロボット
の形状などを含む環境データ、ロボットの関節角度制限
（ジョイントリミット）や経路点（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，
・・・）、経路点から抽出された代表点（Ｄ１，Ｄ２，
Ｄ３，・・・）を記憶する。計算装置７２は、記憶装置
７１に記憶された環境データに基づいて経路線の作成、
代表点の抽出，プログラムの作成および干渉検出等を行
う。具体的には，計算装置７２に備えられている中央制
御装置（ＣＰＵ）１００により図１及び図２に示すフロ
ーチャートを実行する。７３は計算装置７２で生成され
た代表点やプログラムに基づいて動作するロボットであ
る。７４はロボット７３に搭載されたロボット駆動制御
装置である。

【００１０】また、図６に本装置のブロック構成図を示
す。図３，５は計算装置７２および記憶装置７１で計算
される経路点・経路線・代表点などの計算方法の概念図
である。図５は、図３の部分詳細図である。図３、図５
において、障害物Ｅ１，Ｅ２，始点Ａ，終点Ｂは予め記
憶装置７１に記憶されている。計算装置７２では中央制
御装置（ＣＰＵ）１００により、始点Ａから終点Ｂまで
の経路線Ｌを記憶装置７１に記憶された情報に基づいて
経路作成手段１１０により作成する。これは，障害物Ｅ
１，Ｅ２とロボットが干渉しないように作成される。さ
らに計算装置７２では経路線Ｌから複数の経路点Ｋ１，
Ｋ２，・・・をサンプリングする。続いて，始点Ａから
次の経路点Ｋ１までの経路線Ｌ１について障害物Ｅ１，
Ｅ２との干渉チェックを行う。干渉チェックとはロボッ
トがある２点間を結ぶ軌道を動作したときに，ロボット
各部が外部環境と接触あるいは衝突するか否かをチェッ
クすることを意味する。また，それ以外に，ロボット７
３が軌道上で関節角度制限（ジョイントリミット）を侵
すかどうかのチェックも含んでいる。干渉が検出されな
いと，始点Ａから次の経路点Ｋ２〜Ｋ５への経路線Ｌ２
〜Ｌ５について順次障害物Ｅ１，Ｅ２との干渉チェック
を行う。障害物Ｅ１と干渉した経路線Ｌ５が検出される
と，その前の経路点Ｋ４を代表点Ｄ２とする。同様に代
表点Ｄ２から続く各経路点Ｋ６，Ｋ７・・・に対して経
路線Ｌ６，Ｌ７（図示せず）の干渉チェックを同様に行
い，代表点Ｄ３，Ｄ４を抽出する。終点に達した場合，
終点を代表点Ｄ５として繰り返し処理を終了する。

【００１１】このとき，代表点Ｄ１〜Ｄ５に選ばれなか
った各経路点Ｋ１〜Ｋ３，・・・は、経路点削除手段１
３０により記憶装置７１から削除される。次に，計算装
置７２で実行されるフローチャートを図１及び図２に基
づいて詳細に説明する。図１が本発明における全体フロ
ーで、図２は図１のステップＳ２における代表点抽出の
詳細フローチャート図である。

【００１２】まず，図１においてステップＳ１で，記憶
装置７１に記憶された環境データやロボット７３のモデ
ルデータを基に経路線Ｌを作成する。なお，フローチャ
ートでは図示しないが，モデルデータは形状データなら
びにロボット７３の最大速度・最大加速度に関するデー
タも含む。ステップＳ２では先に説明したような概念に
基づいてフィルタリング手段１７０により経路線（Ｌ
１，Ｌ２）から経路点（Ｋ１，Ｋ２）を抽出し、さらに
代表点抽出手段１２０により代表点（Ｄ１，Ｄ２）を抽
出する。具体的には図２で後に説明する。

【００１３】ステップＳ３では，複数の経路点列（Ｋ
１，Ｋ２，・・・）から代表点（Ｄ１，Ｄ２，・・・）
として抽出されなかった点を経路点削除手段１３０によ
り記憶装置７１から削除する。尚、このステップＳ３
は、必ず必要とはせず、削除して以下実行することも可
能である。ステップＳ４では，ステップＳ２で抽出され
た代表点を計算装置７２の表示器（ＣＲＴ）１４０上に
表示する。

【００１４】ステップＳ５では，ステップＳ２で抽出さ
れ，ステップＳ４で表示された代表点に基づいて，ロボ
ット７３を動作させるためのプログラムの作成をプログ
ラム作成手段１６０において行い，表示器１４０上で動
作の確認をおこなう。ステップＳ６では，ステップＳ２
で抽出された代表点およびステップＳ５で作成されたプ
ログラムをロボット７３のロボット駆動制御装置７４へ
転送（ダウンロード）する。転送は、フロッピーディス
クにて行なったり、又は有線あるいは無線で実行され
る。

【００１５】次に，代表点抽出手段１２０において実行
される代表点の具体的な抽出方法について図２を基に説
明する。まず，ステップＳ１で作成された経路線に対し
てステップＳ２１でフィルタリング手段１７０によるフ
ィルタ処理を施すことにより経路点（Ｋ１，Ｋ２，・・
・）のサンプリングをおこなう。これは，多角形近似ア
ルゴリズムを用いて経路線を多角形近似し，この各頂点
の点を抽出することでサンプリングをおこなっている。
その他，経路線の頂点や変曲点を抽出するフィルタ等，
パラメータで刻み幅を変更できるものであれば，どのよ
うなフィルタでも本発明に対しては有効である．このフ
ィルタは，経路点（Ｋ１，Ｋ２）の数を減少させるだけ
でなく振動成分の除去，すなわちスムーシングの働きも
もつ。

【００１６】ステップＳ２２，Ｓ２３では初期設定を行
う。まず，ステップＳ２２で代表点Ｄ１を決める。この
場合、始点Ａを代表点Ｄ１とする。さらにステップＳ２
３でカウンタの初期設定を行う。これにより，経路点カ
ウンタｋ＝２，代表点カウンタｎ＝１にセットされる。
ステップ２４では代表点Ｄｎから隣接する経路点Ｋｋま
での軌道チェックが行われ，外部環境と干渉することな
く動作できるかどうかが、代表点抽出手段１２０に設け
られた経路点チェック手段１８０によって行われる。こ
の軌道チェックは，経路作成手段１１０と同じアルゴリ
ズムに基づいて各時間においてロボット７３が占有する
空間を計算し，この空間と障害物Ｅ１，Ｅ２との間での
干渉をチェックする。このとき，干渉することが判明す
ると，フィルタリング手段１７０に設定されているパラ
メータを変更し（ステップＳ３１），経路点の刻み幅を
小さくして再度フィルタリング手段１７０による経路の
フィルタリングを行う（ステップＳ２１）。再フィルタ
リングを行うのは原則的に，隣接する２点の経路点間の
軌道で干渉が発生したときで，ステップＳ１で生成され
た軌道線は隣接する２経路点間は必ず，干渉することな
く動作できるはずで，ここで干渉が発生するのはフィル
タリングによる刻み幅が大きすぎたことを意味する。も
し，パラメータを十分小さくしてフィルタリングしても
隣接する２経路点間で干渉が生じた場合，ステップＳ１
の経路作成部に問題があるのでこれを修正する必要があ
る。

【００１７】ステップＳ２５〜Ｓ２７では，代表点Ｄｎ
とその隣接しない経路点Ｋｋ間の軌道のチェックを行
う．ただし，検証を行う経路点が終点の場合は，終点を
代表点Ｄｎ＋１としてすべての処理を終了する（ステッ
プＳ３２〜３３）。これらの処理は，干渉がなければ経
路点を順次変更（ｋを１つずつ増加する）しながら繰り
返される。干渉のチェック法は基本的にステップＳ２４
で行われるものと同じである。干渉が検出された場合，
干渉した経路点の一つ前の経路点を代表点とし（ステッ
プＳ２８，Ｓ２９），それを記憶装置７１に一旦記憶
（ステップＳ３０）し，以下，新しい代表点Ｄｎを始点
とし，ステップＳ２４以降を再度繰り返す。

【００１８】そして、ステップ３において、代表点とし
て指定されなかった経路点を経路点削除手段１３０によ
り記憶装置７１より削除して、代表点のみが記憶装置７
１に記憶されるようにする。次に図３，５を例にとり，
これらの一連の処理について具体的に説明する。代表点
Ｄ１は始点Ａであり，まずこれが設定される。この点を
基準に終点方向への経路点（Ｋ１，Ｋ２，・・・）に対
して軌道チェックが行われる。

【００１９】図５にあるように，まず，代表点Ｄ１（始
点Ａ）から経路点Ｋ１への軌道がチェックされる。干渉
が検出されない場合，この手続きは経路点Ｄ１−Ｋ２，
Ｄ１−Ｋ３，・・・，Ｄ１−Ｋ５とそれぞれ繰り返され
る。図５の例では代表点Ｄ１から経路点Ｋ５への経路線
Ｌ５において初めて干渉が検出される。そこで，一つ前
の経路点，すなわち経路点Ｋ４を代表点Ｄ２とする。新
しく代表点Ｄ２が決定すると以後，代表点Ｄ２を始点と
して同様の処理を繰り返す。この手続きにより代表点Ｄ
３，Ｄ４が決定する。最後に代表点Ｄ４から各経路点を
検索する手続きにおいて，経路点Ｋｋが終点（Ｂ）と一
致した時点で終点Ｂを代表点Ｄ５として処理を終了す
る。

【００２０】以上説明したように，本実施例では， (1) 任意のアルゴリズムを用いて自動的に生成したロボ
ットの経路線を多角形近似し，頂点のみを抽出すること
で経路点の数を減らし，振動成分を除去する。 (2) 選び出された経路点列（Ｋ１，Ｋ２，・・・）の始
点（Ａ）を最初の代表点（Ｄ１）とする。 (3) 代表点（Ｄ１）から続く経路点（Ｋ１，・・・）に
対して，順次軌道チェックを行う。このとき，干渉が検
出されるとその前の経路点を代表点とする。 (4) 経路点が終点（Ｂ）となればそれを最後の代表点Ｄ
ｎ＋１として処理を終了する。 といった簡単な手順を実行することによって，そのまま
ではロボット実機に適用することができない多数の経路
点列（Ｋ１，Ｋ２，・・・）を，外部の障害物（Ｅ１，
Ｅ２）と干渉せず，終点（Ｂ）に到達するための代表点
列（Ｄ１，Ｄ２，・・・）として抽出でき，それをロボ
ット実機に適用することでロボットの動作時間を短縮す
ることが可能となる。

【００２１】また，抽出した代表点列（Ｄ１，Ｄ２，・
・・）を表示器１４０に表示することで，操作者がロボ
ット実機を実際に動かすことなくロボットの動作を表示
器上で確認することが可能となる。なお，これは自動生
成された経路線から代表点列を抽出するだけでなく，不
慣れな操作者が作成した経路点列にも適用可能で，より
最適な代表点列に変換することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能の全体フローチャート図である。

【図２】本発明の代表点抽出方法の詳細フローチャート
図である。

【図３】本発明の経路生成状態を示す概念図である。

【図４】本発明における装置の全体構成図である。

【図５】本発明の経路生成状態を示す概念図である。

【図６】本発明の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】 ７１ 記憶装置 ７２ 計算装置 ７３ ロボット ７４ ロボット駆動制御装置 １００ 中央制御装置（ＣＰＵ） １１０ 経路作成手段 １２０ 代表点抽出手段 １３０ 経路点削除手段 １４０ 表示器（ＣＲＴ） １６０ プログラム作成手段 １７０ フィルタリング手段 １８０ 経路点チェック手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 俊彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 久保田 文子 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 中野 冠 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットが移動する始点・終点間に、前
   記ロボットが外部環境と干渉しない任意の複数の経路点
   を有する経路を作成する経路作成手段と、 前記複数の経路点より抽出した経路点間を結ぶ経路が、
   前記ロボットが外部環境と干渉しない経路であるかをチ
   ェックし、干渉しない経路点を代表点として抽出する代
   表点抽出手段と、 前記抽出された代表点を新たな経路点として記憶する記
   憶手段と、 を備えることを特徴とするロボットの経路点生成装置。
2. 【請求項２】 前記経路点生成装置は、さらに前記代表
   点を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項
   １記載のロボットの経路点生成装置。
3. 【請求項３】 前記経路点生成装置は、さらに前記経路
   作成手段により作成された前記経路から所定間隔ごとの
   経路点を抽出するフィルタリング手段を備えたことを特
   徴とする請求項１記載のロボット経路点生成装置。
4. 【請求項４】 前記代表点抽出手段は、基準となる経路
   点を基準代表点として、該基準代表点に隣接する経路点
   の次の経路点との経路を生成し、該生成された経路が外
   部環境と干渉しないかをチェックし、干渉しない場合
   は、さらに順次隣接する次の経路点と基準代表点との間
   の経路を生成し外部環境と干渉しないかをチェックする
   経路点チェック手段を備え、干渉した場合、その経路点
   のひとつ前の経路点を、基準代表点の次の代表点とする
   ことを特徴とする請求項１記載のロボットの経路点生成
   装置。
5. 【請求項５】 前記次の代表点を新たな基準代表点とし
   て終点が代表点となるまで前記経路チェック手段による
   経路チェックを繰り返す繰り返し手段を備えることを特
   徴とする請求項４記載のロボットの経路点生成装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の経路
   点生成装置により生成された経路点を利用して駆動制御
   するロボット。