(57)【要約】【課題】ユーザの望む動きに対して適切な機構要素の選択可能な設計案生成装置を提供する。【解決手段】設計案生成装置１は、記憶部１１と、ユーザ軌跡データ取得部３１と、クラスタ探索部３４と、設計案生成部３５と、設計案出力部３６とを有する。記憶部１１は、作用点の軌跡を示す登録軌跡データと、主軸の回転に応じて作用点の軌跡を実現する機構要素とを、作用点の軌跡の区分を示すクラスタに関連づけて記憶する。ユーザ軌跡データ取得部３１は、ユーザにより入力された軌跡であるユーザ軌跡を示すユーザ軌跡データを取得する。クラスタ探索部３４は、ユーザ軌跡の区分に対応するクラスタを探索する。設計案生成部３５は、探索されたクラスタに関連付けられた作用点の軌跡がユーザ軌跡に類似するように、探索されたクラスタに関連付けられた機構要素の寸法を最適化して、設計案を生成する。設計案出力部３６は、設計案を出力する。【選択図】図６
2018063592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用点の軌跡を示す登録軌跡データと、主軸の回転に応じて前記作用点の軌跡を実現する機構要素とを、前記作用点の軌跡の区分を示すクラスタに関連づけて記憶する記憶部と、
ユーザにより入力された軌跡であるユーザ軌跡を示すユーザ軌跡データを取得するユーザ軌跡データ取得部と、
前記ユーザ軌跡の区分に対応するクラスタを探索するクラスタ探索部と、
前記探索されたクラスタに関連付けられた作用点の軌跡が前記ユーザ軌跡に類似するように、前記探索されたクラスタに関連付けられた機構要素の寸法を最適化して、設計案を生成する設計案生成部と、
前記設計案を出力する設計案出力部と、
を有する設計案生成装置。
【請求項２】
前記記憶部は、複数の機構要素を形状に基づいて分類した複数の機構要素のそれぞれの型と、同一のクラスタに関連づけられた全ての機構要素の出現回数に対するそれぞれの機構要素の型に含まれる機構要素の出現回数を示す出現頻度とを更に記憶し、
前記設計案生成部は、
前記機構要素の型の出現頻度に基づいて機構要素の型を確率的に選択する機構要素型選択部と、
前記選択された機構要素の型に含まれる機構要素の中で最も類似度が高い機構要素から初期設計案を生成する初期設計案生成部と、
前記初期設計案により実現される作用点の軌跡と前記ユーザ軌跡との類似度が最小になるように前記初期設計案の寸法を変更して設計案を生成する個別設計案生成部と、
を有する請求項１に記載の設計案生成装置。
【請求項３】
前記ユーザ軌跡データ取得部が複数の前記ユーザ軌跡データを取得し、
前記設計案生成部は、前記設計案により実現される作用点の軌跡が互いに干渉しないように、機構要素のギア及び軸の少なくとも１つを再配置するギア機構再配置部を更に有する、請求項２に記載の設計案生成装置。
【請求項４】
前記設計案生成部は、
前記複数のユーザ軌跡と、前記個別設計案生成部によって生成された設計案により実現される作用点の軌跡との間の類似度の合計値を、前記設計案の評価値として演算する評価値演算部と、
前記評価値と関連付けて前記設計案を設計案登録リストに登録する設計案登録部と、
前記設計案登録リストに登録されている設計案の数が最大数に達していると判定したときに、前記評価値が最も低い設計案を前記設計案登録リストから削除する設計案登録判定部と、
を更に有する請求項３に記載の設計案生成装置。
【請求項５】
ユーザにより入力された軌跡であるユーザ軌跡を示すユーザ軌跡データを取得し、
作用点の軌跡を示す登録軌跡データと、主軸の回転に応じて前記作用点の軌跡を実現する機構要素とを、前記作用点の軌跡の区分を示すクラスタに関連づけて記憶する記憶部に記憶された前記ユーザ軌跡の区分に対応するクラスタを探索し、
前記探索されたクラスタに関連付けられた作用点の軌跡が前記ユーザ軌跡に類似するように、前記探索されたクラスタに関連付けられた機構要素の寸法を最適化して、設計案を生成し、
前記設計案を出力する、
ことを含む設計案生成方法。
【請求項６】
ユーザにより入力された軌跡であるユーザ軌跡を示すユーザ軌跡データを取得し、
作用点の軌跡を示す登録軌跡データと、主軸の回転に応じて前記作用点の軌跡を実現する機構要素とを、前記作用点の軌跡の区分を示すクラスタに関連づけて記憶する記憶部に記憶された前記ユーザ軌跡の区分に対応するクラスタを探索し、
前記探索されたクラスタに関連付けられた作用点の軌跡が前記ユーザ軌跡に類似するように、前記探索されたクラスタに関連付けられた機構要素の寸法を最適化して、設計案を生成し、
前記設計案を出力する、
処理をコンピュータに実行させる設計案生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計案生成装置、設計案生成プログラム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータを使って、製品の機構設計を行う作業者を支援する種々の方法が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。また、主軸についたハンドルを手動で回すことで箱の上部に出ている人形が動作するからくり機構の設計を支援する設計支援システムが知られている。具体的には、からくり機構の動きと、ギア、クランク及びカム等動きを実現するパーツとの関係を規定することで、ユーザにより選択的に入力された動きを実現する機構を生成する方法が知られている（例えば、非特許文献１を参照）。また、ギアとリンク機構を組み合わせた平面円運動を実現するいくつかの機構をライブラリとして記憶して、ライブラリに記憶された機構を使用して、所望の動きを実現する方法が知られている（例えば、非特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１０２３１号公報
【特許文献２】特開２００９−５０６３２号公報
【特許文献３】特表２０１４−５１２８９１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】L. Zhu et al., "Motion-Guided Mechanical Toy Modeling" November, 2012
【非特許文献２】S Coros al., "Computational Design of Mechanical Characters" November, 2013
【非特許文献３】Niloy J al., "ILLUSTRATING HOW MECHANICAL ASSEMBLIES WORK", ACM SIGGRAPH 2010" November, 2013
【非特許文献４】MacQueen, J. B., "Some Methods for classification and Analysis of Multivariate Observations" Proceedings of 5th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability, University of California Press, pp. 281-297, 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ユーザにより選択的に入力された動きを実現する機構を生成する方法では、ユーザが選択可能な動きは限定されるため、ユーザが望む動きが選択できないおそれがある。また、ライブラリに記憶された機構を使用して、所望の動きを実現する方法では、使用可能な機構がライブラリに記憶された機構に限定されるため、ユーザが望む機構が選択できないおそれがある。
【０００６】
一実施形態では、ユーザの望む動きに対して適切な機構要素の選択可能な設計案生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、設計案生成装置は、記憶部と、ユーザ軌跡データ取得部と、クラスタ探索部と、設計案生成部と、設計案出力部とを有する。記憶部は、作用点の軌跡を示す登録軌跡データと、主軸の回転に応じて作用点の軌跡を実現する機構要素とを、作用点の軌跡の区分を示すクラスタに関連づけて記憶する。ユーザ軌跡データ取得部は、ユーザにより入力された軌跡であるユーザ軌跡を示すユーザ軌跡データを取得する。クラスタ探索部は、ユーザ軌跡の区分に対応するクラスタを探索する。設計案生成部は、探索されたクラスタに関連付けられた作用点の軌跡がユーザ軌跡に類似するように、探索されたクラスタに関連付けられた機構要素の寸法を最適化して、設計案を生成する。設計案出力部は、設計案を出力する。
【発明の効果】
【０００８】
一実施形態では、ユーザの望む動きに対して適切な機構要素を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る設計案生成装置のブロック図である。
【図２】機構要素の設計図面を示す図であり、（ａ）は機構要素の第１例を示し、（ｂ）は機構要素の第２例を示し、（ｃ）は機構要素の第３例を示し、（ｄ）は機構要素の第４例を示し、（ｅ）は機構要素の第５例を示し、（ｆ）は機構要素の第６例を示す。
【図３】構成要素と構成要素モデルとの関係を示す図であり、（ａ）は図２（ｃ）に示す機構要素の第３例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す機構要素に対応する機構要素モデルを示す。
【図４】運動学シミュレーションの一例を示す図であり、（ａ）は図２（ｃ）に示す機構要素の第３例を示し、（ｂ）は図４（ａ）に示す機構要素に対応する機構要素モデルを示す。
【図５】図１に示す設計案生成装置による設計案登録処理のフローチャートである。
【図６】図１に示す設計案生成装置による設計案生成処理のフローチャートである。
【図７】図１に示すユーザ軌跡データ取得部が取得するユーザ軌跡データ及び図１に示す筐体情報取得部が取得する筐体情報の一例を示す図である。
【図８】図６に示すＳ２０７の処理の一例を示す図である。
【図９】図６に示すＳ２１１の処理を説明するための図である。
【図１０】図１に示す設計案生成装置によって生成される設計案の一例の動作を示す図であり、（ａ）は第１状態を示し、（ｂ）は第１状態の次の第２状態を示し、（ｃ）は第２状態の次の第３状態を示す。（ｄ）は第３状態の次の第４状態を示し、（ｅ）は第４状態の次の第５状態を示し、（ｆ）は第５状態の次の第６状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照しつつ、設計案生成装置、設計案生成プログラム及びその方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００１１】
（実施形態に係る設計案生成装置の概要）
実施形態に係る設計案生成装置は、軌跡を区分するクラスタに関連付けられた作用点の軌跡を、ユーザが入力した軌跡に類似するようにクラスタに関連付けられた機構要素の寸法を最適化して実現することで、ユーザの望む軌跡に最適な機構要素を選択する。
【００１２】
（実施形態に係る設計案生成装置の構成及び機能）
図１は、実施形態に係る設計案生成装置のブロック図である。
【００１３】
設計案生成装置１は、通信部１０と、記憶部１１と、入力部１２と、出力部１３と、処理部２０とを有し、ユーザにより入力された軌跡を示すユーザ軌跡データから適切な機構要素を有する設計案を生成する。一例では、設計案生成装置１は、パーソナルコンピュータである。
【００１４】
通信部１０は、ＨＴＴＰ（Hypertext Transfer Protocol）のプロトコルに従ってインタネットを介して不図示のサーバ等と通信を行う。そして、通信部１０は、不図示のサーバ等から受信したデータを処理部２０に供給する。また、通信部１０は、処理部２０から供給されたデータを不図示のサーバ等に送信する。
【００１５】
記憶部１１は、例えば、半導体装置、磁気テープ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくとも一つを備える。記憶部１１は、処理部２０での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部１１は、アプリケーションプログラムとして、設計図から取得された機構要素を含む設計案を生成し且つ登録する設計案登録処理を、処理部２０に実行させるための設計案を登録する設計案登録プログラムを記憶する。また、記憶部１１は、アプリケーションプログラムとして、ユーザにより入力された軌跡を示すユーザ軌跡データから適切な機構要素を有する設計案を生成する設計案生成処理を、処理部２０に実行させるための設計案生成プログラムを記憶する。設計案登録プログラム及び設計案生成プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部１１にインストールされてもよい。
【００１６】
また、記憶部１１は、データとして、設計案登録処理及び設計案生成処理で使用されるデータ等を記憶する。例えば、記憶部１１は、記憶部１１は、複数の機構要素のそれぞれの設計図面、及び複数の機構要素のそれぞれをモデル化した複数の機構要素モデルを含む機構要素モデルデータベース１１１を有する。一例では、設計図面データは、三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データである。
【００１７】
図２は、機構要素の設計図面を示す図である。図２（ａ）は機構要素の第１例を示し、図２（ｂ）は機構要素の第２例を示し、図２（ｃ）は機構要素の第３例を示し、図２（ｄ）は機構要素の第４例を示し、図２（ｅ）は機構要素の第５例を示し、図２（ｆ）は機構要素の第６例を示す。
【００１８】
図２（ａ）に示す第１例は楕円カム（Ellipse Cam）型の機構要素であり、図２（ｂ）に示す第２例はスネイルカム（Snail Cam）型の機構要素であり、図２（ｃ）に示す第３例はクランクリンク（Crank + Link）型の機構要素である。図２（ｄ）に示す第４例はクイックリターン（Quick Return）型の機構要素であり、図２（ｅ）に示す第５例は水平リンク（Horizontal Link）型の機構要素であり、図２（ｆ）に示す第６例は複数のギアユニット（Gear Units）型の機構要素である。
【００１９】
図３は構成要素と構成要素モデルとの関係を示す図であり、図３（ａ）は図２（ｃ）に示す機構要素の第３例を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す機構要素に対応する機構要素モデルを示す。
【００２０】
機構要素１００は、ハンドル１０１と、ハンドル腕部１０２と、主軸１０３と、クランク腕部１０４と、リンク１０５と、ロッド１０６と、ピン１０７を有する。ハンドル１０１、ハンドル腕部１０２、主軸１０３及びクランク腕部１０４は、クランクを形成する。ハンドル１０１が主軸１０３の延伸方向と直交する平面上で回転運動することに応じて、クランク腕部１０４にリンク１０５を介して接続されたロッドの端部に位置する作用点１０８は回転運動する。
【００２１】
機構要素モデル１１０は、位相（Phase）θと、クランク可動範囲Ｒと、リンク位置Ｊ1と、ピン位置Ｊ2と、ロッド長Ｌとを含む。クランク可動範囲Ｒ、リンク位置Ｊ1、ピン位置Ｊ2及びロッド長Ｌは、設計案を生成するときに実行される最適化処理において使用されるパラメータである。
【００２２】
また、記憶部１１は、作用点の軌跡を示す軌跡データと、機構要素を形状に基づいて分類された機構要素の型と、作用点の軌跡の区分を示すクラスタと、クラスタ情報とを含む設計案データベース１１２を有する。設計案データベース１１２に含まれる軌跡データ、機構要素の型、クラスタ及び出現頻度のそれぞれは、機構要素モデルデータベース１１１に含まれる機構要素の設計図面及び機構要素モデルと関連付けられる。
【００２３】
軌跡データは、機構要素に対応する機構要素モデルのそれぞれについて、運動学シミュレータを使用した運動学シミュレーションを実行することにより取得される。運動学シミュレータは、一例では、汎用の運動学解析ソフトウェア又は汎用のアームロボットの運動計画ソフトウェア等である。汎用の運動学解析ソフトウェアは、例えば米国MSC Software社製のAdams及びFunctionBay社製のRecurDyn等である。また、汎用のアームロボットの運動計画ソフトウェアは、例えばMoveIt!及びOpenRAVE等である。
【００２４】
図４は運動学シミュレーションの一例を示す図であり、図４（ａ）は図２（ｃ）に示す機構要素の第３例を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す機構要素に対応する機構要素モデルを示す。
【００２５】
図４（ｂ）において矢印Ａで示される作用点の座標Ｐｗは、
【００２６】
【数１】
2018063592.tif 000003
【００２７】
で示される。ここで、Ｏは原点の座標であり、Ｒはクランク可動範囲を示し、θはハンドル１０１の位相を示し、θ2はリンク１０５の位相を示す。
【００２８】
機構要素の型は、機構要素を形状に基づく分類を示す。機構要素の型は、図２（ａ）〜２（ｆ）に示される構成要素のそれぞれの形状に対応する型を含む。図２（ａ）に示す楕円カムは、例えば楕円の長径と短径との比率が相違することで形状が相違するが、構成要素の構成及び機能は類似する種々の構成要素を含む。機構要素の型は、楕円の長径と短径との比率が相違することで形状が相違するものの構成要素の構成及び機能は類似する一群の構成要素を含む。
【００２９】
クラスタは、水平方向の直線運動の軌跡、鉛直方向の直線運動の軌跡及び回転運動の軌跡等の作用点の軌跡の区分を示す。例えば、図２（ａ）に示す楕円カム及び図２（ｂ）に示すスネイルカムの双方は、矢印Ａで示される作用点の軌跡は、垂直方向の直線運動の軌跡となるので、楕円カム及びスネイルカムは同一のクラスタに区分される。
【００３０】
クラスタ情報は、機構要素の出現頻度を含む。機構要素の出現頻度は、同一のクラスタに関連づけられた全ての機構要素の出現回数に対するそれぞれの機構要素の型の出現回数を示す。一例では、出現回数は、記憶部１１に記憶される機構要素の数である。垂直方向の直線運動の軌跡となるクラスタに区分される構成要素の型が楕円カム及びスネイルカムの２つのみであり、楕円カム及びスネイルカムの出現回数がそれぞれ４回及び６回であるとき、楕円カムの型の出現頻度は０．４（＝４／（４＋６））となる。
【００３１】
さらに、複数の機構要素モデルを運動学シミュレータでシミュレーションして取得された作用点の記憶部１１は、入力処理等の処理で一時的に使用されるデータを一時的に記憶してもよい。
【００３２】
入力部１２は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボタン等である。操作者は、入力部１２を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部１２は、操作者により操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、操作者の指示として、処理部２０に供給される。
【００３３】
出力部１３は、映像やフレーム等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。出力部１３は、処理部２０から供給された映像データに応じた映像や、動画データに応じたフレーム等を表示する。また、出力部１３は、紙などの表示媒体に、映像、フレーム又は文字等を印刷する出力装置であってもよい。
【００３４】
処理部２０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部２０は、設計案生成装置１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。処理部２０は、記憶部１１に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部２０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。
【００３５】
処理部２０は、設計図面取得部２１と、機構要素モデル取得部２２と、設計図面正規化部２３と、機構要素モデル登録処理部２４と、設計案登録処理部２５と、クラスタリング部２６と、出現頻度演算部２７と、クラスタ情報更新部２８とを有する。また、処理部２０は、ユーザ軌跡データ取得部３１と、筐体情報取得部３２と、入力データ処理部３３と、クラスタ探索部３４と、設計案生成部３５と、設計案出力部３６とを有する。機構要素モデル登録処理部２４は、モデル正規化部２４１と、機構要素型決定部２４２と、機構要素型登録判定部２４３と、モデル登録部２４４とを有する。設計案登録処理部２５は、軌跡データ取得部２５１と、設計案登録２５２とを有する。入力データ処理部３３は、データリサンプリング部３３１と、機構配置決定部３３２とを有する。クラスタ探索部３４は、クラスタ選択部３４１と、出現頻度取得部３４２とを有し、ユーザにより入力された軌跡であるユーザ軌跡の区分に対応するクラスタを探索する。設計案生成部３５は、機構要素型選択部３５１と、ギア機構最適化部３５２と、初期設計案生成部３５３と、個別設計案生成部３５４と、ギア機構再配置部３５５評価値演算部３５６と、設計案登録部３５７と、設計案登録判定部３５８とを有する。設計案生成部３５は、探索されたクラスタに関連付けられた作用点の軌跡を、ユーザ軌跡に類似するように、探索されたクラスタに関連付けられた機構要素の寸法を最適化して、設計案を生成する。これらの各部は、処理部２０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして設計案生成装置１に実装されてもよい。
【００３６】
（実施形態に係る設計案生成装置の動作）
図５は、設計案生成装置１による設計案登録処理のフローチャートである。図５に示す設計案登録処理は、予め記憶部１１に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部２０により、設計案生成装置１の各要素と協働して実行される。
【００３７】
まず、設計図面取得部２１は、機構要素の設計図面を示す設計図面データを取得し（Ｓ１０１）、記憶部１１に記憶する。設計図面取得部２１は、設計図面データを不図示のサーバ等の外部装置から通信部１０を介して取得してもよい。
【００３８】
次いで、機構要素モデル取得部２２は、機構要素をモデル化した機構要素モデルを示す機構要素モデルデータを取得し（Ｓ１０２）、記憶部１１に記憶する。機構要素モデル取得部２２は、機構要素モデルデータを不図示のサーバ等の外部装置から通信部１０を介して取得してもよい。
【００３９】
次いで、設計図面正規化部２３は、設計図面取得部２１が取得した設計図面データに対応する設計図面の大きさが所定の基準図面サイズに一致するように、設計図面を拡縮する（Ｓ１０３）。
【００４０】
次いで、モデル正規化部２４１は、機構要素モデル取得部２２が取得した機構要素モデルデータに対応する機構要素モデルの大きさが所定の基準要素サイズに一致するように、機構要素を拡縮する（Ｓ１０４）。
【００４１】
次いで、機構要素型決定部２４２は、モデル正規化部２４１が正規化した機構要素モデルに関連付ける機構要素の型を決定する（Ｓ１０５）。一例では、機構要素型決定部２４２は、機構要素の型を示す文字列を、入力部１２を介して入力可能な入力ボックスを含む画像を出力部１３に表示し、入力ボックスに入力される示す文字列を機構要素の型に決定する。
【００４２】
次いで、機構要素型登録判定部２４３は、機構要素型決定部２４２が決定した機構要素の型が設計案データベース１１２に登録済であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。一例では、機構要素型登録判定部２４３は、非特許文献３に記載される方法により機構要素を形成する機構部品間の接続間を示すグラフ図を作成し、作成したグラフ図が登録済の機構要素の型と同一構造であるときに、機構要素の型は登録済であると判断する。機構要素型登録判定部２４３は、機構要素型決定部２４２が決定した機構要素の型が設計案データベース１１２に登録済でないと判定する（Ｓ１０６−ＹＥＳ）と、決定された機構要素の型を設計案データベース１１２に登録する（Ｓ１０７）。
【００４３】
次いで、モデル登録部２４４は、設計図面正規化部２３が正規化した設計図面を示す設計図面データ、及びモデル正規化部２４１が正規化した機構要素モデルを示す機構要素モデルデータを、機構要素モデルデータベース１１１に登録する（Ｓ１０８）。
【００４４】
次いで、軌跡データ取得部２５１は、モデル正規化部２４１が正規化した機構要素モデルについて、運動学シミュレータを使用した運動学シミュレーションを実行することにより、作用点の軌跡を示す登録軌跡データを取得する（Ｓ１０９）。
【００４５】
次いで、設計案登録２５２は、設計図面正規化部２３が正規化した設計図面データ、機構要素型決定部２４２が決定した機構要素の型及び軌跡データ取得部２５１が取得した登録軌跡データを設計案データベース１１２に登録する（Ｓ１１０）。
【００４６】
次いで、クラスタリング部２６は、軌跡データ取得部２５１が取得した軌跡データが示す軌跡をクラスタリングして、軌跡データ取得部２５１が取得した軌跡データが示す軌跡が、クラスタの何れに区分されるかを決定する（Ｓ１１１）。一例では、クラスタリング部２６は、非特許文献４に記載されるＫ−平均法（K-means）により、軌跡データ取得部２５１が取得した軌跡データが示す軌跡が、クラスタの何れに区分されるかを決定する。
【００４７】
次いで、出現頻度演算部２７は、クラスタリング部２６が区分したクラスタに関連付けられた全ての機構要素の出現回数と、設計案登録２５２が登録した機構要素の型の出現回数とから、登録された機構要素の型のそれぞれの出現頻度を演算する（Ｓ１１２）。
【００４８】
そして、クラスタ情報更新部２８は、出現頻度を含むクラスタ情報を更新する（Ｓ１１３）。
【００４９】
図６は、設計案生成装置１による設計案生成処理のフローチャートである。図６に示す設計案生成処理は、予め記憶部１１に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部２０により、設計案生成装置１の各要素と協働して実行される。
【００５０】
まず、ユーザ軌跡データ取得部３１は、ユーザにより入力された作用点の軌跡及び相対速度を示すユーザ軌跡データを取得する（Ｓ２０１）。次いで、筐体情報取得部３２は、筐体に関連に関連する関連情報を取得する（Ｓ２０２）。筐体情報は、筐体の寸法及び形状、ハンドルを含む主軸の位置及び形状、並びに作用点に配置される人形の形状等を含む。
【００５１】
図７は、ユーザ軌跡データ取得部３１が取得するユーザ軌跡データ及び筐体情報取得部３２が取得する筐体情報の一例を示す図である。
【００５２】
ユーザ軌跡データは、四角形状の回転運動の第１軌跡２０１と、水平方向の直線運動の第２軌跡２０２と、鉛直方向の直線運動の第３軌跡２０３を含む。また、ユーザ軌跡データは、第１軌跡２０１の相対速度「１．０」、第２軌跡２０２の相対速度「０．５」及び第３軌跡２０３の相対速度「０．８」を含む。筐体情報は、筐体寸法情報、筐体形状情報、主軸２１１の位置を示す主軸位置情報及びハンドル２１２の位置を示す主軸形状情報並びに作用点に配置される人形の形状情報を含む。筐体２１０の形状が直方体であるとき、筐体寸法情報は筐体２１０の横幅、奥行幅及び高さを含み、筐体形状情報は筐体２１０が直方体であることを示す。形状情報は、第１軌跡２０１の作用点に配置される第１人形２２１の形状、第２軌跡２０２の作用点に配置される第２人形２２２の形状、第３軌跡４０３の作用点に配置される第３人形２２３の形状を含む。
【００５３】
次いで、データリサンプリング部３３１は、ユーザ軌跡データ取得部３１が取得した単数又は複数のユーザ軌跡データのそれぞれをリサンプリングする（Ｓ２０３）。ユーザ軌跡データ取得部３１は、ユーザ軌跡データをリサンプリングすることで、ユーザ軌跡データ取得部３１が取得したユーザ軌跡データのデータ点数を設計案データベース１１２に登録された登録軌跡データのデータ点数に一致させる。
【００５４】
次いで、機構配置決定部３３２は、筐体の主軸とユーザ軌跡データに対応する軌跡の位置関係から主軸の回転に応じて回転する他の軸の数及び位置を演算すると共に、相互干渉を避けるために機構要素が配置される配置領域を演算する（Ｓ２０４）。
【００５５】
次いで、クラスタ選択部３４１は、ユーザ軌跡データ取得部３１が取得した単数又は複数のユーザ軌跡データのそれぞれに対応する軌跡の区分に対応するクラスタを探索する（Ｓ２０５）。一例では、クラスタ選択部３４１は、非特許文献４に記載されるＫ−平均法（K-means）により、データリサンプリング部３３１がリサンプリングした軌跡データが示す軌跡が、設計案データベース１１２に登録されたクラスタの何れに区分されるかを探索する。
【００５６】
次いで、出現頻度取得部３４２は、クラスタ選択部３４１が探索した単数又は複数のクラスタに含まれる機構要素の型のそれぞれの出現頻度を、設計案データベース１１２から取得する（Ｓ２０６）。
【００５７】
次いで、機構要素型選択部３５１は、探索された単数又は複数のクラスタに含まれる機構要素の型の出現頻度に基づいて機構要素の型を確率的に選択する（Ｓ２０７）。
【００５８】
図８は、Ｓ２０７の処理の一例を示す図である。図８は水平方向の直線運動の第２軌跡２０２の機構要素の型を選択する処理の一例を示す。
【００５９】
図８に示す例では、機構要素の型は、第１の型〜第４の型の４つの型を含む。第１の型は、主軸２１１の反時計方向の回転に応じて反時計方向（Ａ）に回転し、作用点を第１方向（＋）に水平に移動する。第２の型は、主軸２１１の反時計方向の回転に応じて反時計方向（Ａ）に回転し、作用点を第１方向と反対の第２方向（−）に水平に移動する。第３の型は、主軸２１１の反時計方向の回転に応じて時計方向（Ｂ）に回転し、作用点を第１方向（＋）に水平に移動する。第４の型は、主軸２１１の反時計方向の回転に応じて時計方向（Ｂ）に回転し、作用点を第２方向（−）に水平に移動する。
【００６０】
図８に示す例では、第１の型の出現頻度は領域３０１で示される略２８％であり、第２の型の出現頻度は領域３０２で示される略３０％である。また、第３の型の出現頻度は領域３０３で示される略２０％であり、第４の型の出現頻度は領域３０４で示される略２２％である。
【００６１】
機構要素型選択部３５１は、出現頻度情報を確率質量関数ｆ（ｘ）と見なし、確率質量関数ｆ（ｘ）に基づき乱数を発生させ、機構要素の型を選択する。図８に示す例では、第１の型の確率質量関数ｆ1（ｘ）は領域３０１に対応し、第２の型の確率質量関数ｆ2（ｘ）は領域３０２に対応し、第３の型の確率質量関数ｆ3（ｘ）は領域３０３に対応し、第４の型の確率質量関数ｆ4（ｘ）は領域３０４に対応する。図８に示す例では、第１の型は略２８％の確率で選択され、第２の型は略３０％の確率で選択され、第３の型は略２０％の確率で選択され、第４の型は略２２％の確率で選択される。
【００６２】
次いで、ギア機構最適化部３５２は、主軸の回転を所望の回転方向及び回転速度で他の軸に伝えるように、ギアピッチと歯数が最適化されるギア機構を生成する（Ｓ２０８）。ギア機構最適化部３５２は、ユーザ軌跡データ取得部３１が取得したユーザ軌跡データに対応する相対速度に応じてギア機構を生成する。図７に示す例では、ギア機構最適化部３５２は、第１軌跡２０１の相対速度が「１．０」であり、第２軌跡２０２の相対速度「０．５」であり、且つ第３軌跡２０３の相対速度「０．８」であるように、ギア機構を生成する。ギア機構最適化部３５２は、生成するギア機構の形状により、主軸の回転に応じて回転する他の軸の位置を移動してもよい。
【００６３】
次いで、初期設計案生成部３５３は、機構要素型選択部３５１が選択した機構要素の型の中で類似度が最も高い機構要素の寸法を、機構配置決定部３３２が演算した配置領域内に配置可能なように修正して初期設計案を生成する（Ｓ２０９）。初期設計案生成部３５３は、初期設計案を生成するとき、ギア機構最適化部３５２が生成したギア機構を使用する。
【００６４】
次いで、個別設計案生成部３５４は、初期設計案により実現される作用点の軌跡と前記ユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡との類似度が最小になるように初期設計案の寸法を変更して設計案を生成する（Ｓ２１０）。初期設計案の寸法は、機構要素モデルデータベース１１１に記憶される、初期設計案に対応する機構要素モデルのパラメータを変更することで変更される。個別設計案生成部３５４による類似度が最小であるか否かの判断は、一例では、
【００６５】
【数２】
2018063592.tif 000004
【００６６】
を使用して、初期設計案により実現される作用点の軌跡とユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡との間の類似度ｄ（ｉ，ｊ）を決定する。式（２）は、第１類似関数ｆ0〜第６類似関数ｆ5の６つの類似関数のそれぞれを重み付け係数ｗ0〜ｗ5で重み付けした合計値に基づいて、２つの軌跡の間の類似度を決定することを示す。
【００６７】
第１類似関数ｆ0は、
【００６８】
【数３】
2018063592.tif 000005
【００６９】
で示される。ここで、Ｘiはユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡を示すｎ個の時系列離散データ｛ｘi(0), . . . ｘi(n-1)｝を示し、Ｘjは初期設計案により実現される作用点の軌跡を示すｎ個の時系列離散データ｛ｘj(0), . . . ｘj(n-1)｝を示す。また、Ｒ（Ｘi）はユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡の次元数を示し、Ｒ（Ｘj）はユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡の次元数を示す。式（３）で示される第１類似関数ｆ0は、ユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡と、初期設計案により実現される作用点の軌跡との次元の違いを示す。
【００７０】
第２類似関数ｆ1は、
【００７１】
【数４】
2018063592.tif 000006
【００７２】
で示される。ここで、σiはユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡を示すｎ個の時系列離散データ｛ｘi(0), . . . ｘi(n-1)｝の分散を示し、σjは初期設計案により実現される作用点の軌跡を示すｎ個の時系列離散データ｛ｘj(0), . . . ｘj(n-1)｝の分散を示す。また、ｍａｘ（σi，σj）はσiとσjとの何れか大きい方の値を示し、ｍｉｎ（σi，σj）はσiとσjとの何れか小さい方の値を示す。式（４）で示される第２類似関数ｆ1は、ユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡と、初期設計案により実現される作用点の軌跡のと大きさの違いを示す。
【００７３】
第３類似関数ｆ2は、
【００７４】
【数５】
2018063592.tif 000007
【００７５】
で示される。ここで、／Ｘiはユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡を示すｎ個の時系列離散データ｛ｘi(0), . . . ｘi(n-1)｝の平均値を示し、Ｘjは初期設計案により実現される作用点の軌跡を示すｎ個の時系列離散データ｛ｘj(0), . . . ｘj(n-1)｝の平均値を示す。式（５）で示される第３類似関数ｆ2は、ユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡と、初期設計案により実現される作用点との軌跡の重心位置の違いを示す。
【００７６】
第４類似関数ｆ3は、
【００７７】
【数６】
2018063592.tif 000008
【００７８】
で示される。ここで、ｂihはユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡を示すｎ個の時系列離散データ｛ｘi(0), . . . ｘi(n-1)｝のｈ番目の主ベクトルを示す。また、ｂihは初期設計案により実現される作用点の軌跡を示すｎ個の時系列離散データ｛ｘj(0), . . . ｘj(n-1)｝のｈ番目の主ベクトルを示す。式（６）で示される第４類似関数ｆ3は、ユーザ軌跡データに対応する作用点と、初期設計案により実現される作用点の軌跡との姿勢の違いを示す。
【００７９】
第５類似関数ｆ4は、
【００８０】
【数７】
2018063592.tif 000009
【００８１】
で示される。ここで、ｍｉｎ（ｈ∈［０，ｎ−１］）は数ｈを0≦ｈ≦ｎ−１の範囲で変化させたときにΣ内の式が取る最小値を示す。式（７）で示される第５類似関数ｆ4は、ユーザ軌跡データに対応する作用点と、初期設計案により実現される作用点の軌跡との軌跡の形状の違いを示す。
【００８２】
第６類似関数ｆ5は、
【００８３】
【数８】
2018063592.tif 000010
【００８４】
で示される。式（８）で示される第６類似関数ｆ5は、ユーザ軌跡データに対応する作用点と、初期設計案により実現される作用点の軌跡との間の位相を考慮した軌跡の形状の違いを示す。
【００８５】
次いで、個別設計案生成部３５４は、ユーザ軌跡データ取得部３１が取得した全てのユーザ軌跡データに対応する軌跡に対応する設計案を生成したか否かを判定する（Ｓ２１１）。個別設計案生成部３５４がユーザ軌跡データ取得部３１によって取得された全てのユーザ軌跡データに対応する軌跡に対応する設計案を生成したと判定する（Ｓ２１１−ＹＥＳ）まで、Ｓ２０９〜Ｓ２１１の処理が繰り返される。図７に示す例では、個別設計案生成部３５４が第１軌跡２０１〜第３軌跡２０３の全てに対応する設計案を生成したと判定するまで、Ｓ２０９〜Ｓ２１１の処理が繰り返される。
【００８６】
個別設計案生成部３５４が全ての軌跡に対応する設計案を生成したと判定する（Ｓ２１１−ＹＥＳ）と、ギア機構再配置部３５５は、配置された機構要素のそれぞれが干渉せず且つ軸の合計の長さが最短になるようにギア機構を再配置する（Ｓ２１２）。
【００８７】
図９は、Ｓ２１１の処理を説明するための図である。
【００８８】
修正前設計案４００は、第１機構要素４１０と、第２機構要素４２０と、第３機構要素４３０と、第１ギア４４１と、第２ギア４４２とを有する。第１機構要素４１０は、ハンドル４０１に接続された主軸である第１軸４１１と、第１駆動部４１２と、作用点に配置される第１人形４１３とを有する。第１軸４１１は、ハンドル４０１の回転に応じて回転し、第１駆動部４１２は第１軸４１１の回転に応じて作用点に配置される第１人形４１３に所望の軌跡を有する動作を実現させる。
【００８９】
第２機構要素４２０は、第１軸４１１に第１ギア４４１を介して接続された第２軸４２１と、第２駆動部４２２と、作用点に配置される第２人形４２３とを有する。第２軸４２１は、修正前設計案４００の筐体の一方の側面から他方の側面まで延伸する。修正前設計案４００の筐体の一方の側面から他方の側面まで延伸する第１軸４１１の回転に応じて回転し、第２駆動部４２２は第２軸４２１の回転に応じて作用点に配置される第２人形４２３に所望の軌跡を有する動作を実現させる。
【００９０】
第３機構要素４３０は、第１軸４１１に第２ギア４４２を介して接続された第３軸４３１と、第３駆動部４３２と、作用点に配置される第３人形４３３とを有する。第３軸４３１は、修正前設計案４００の筐体の一方の側面から他方の側面まで延伸する。第３軸４３１は、第１軸４１１の回転に応じて回転し、第３駆動部４３２は第３軸４３１の回転に応じて作用点に配置される第３人形４３３に所望の軌跡を有する動作を実現させる。
【００９１】
第１ギア４４１及び第２ギア４４２は、修正前設計案４００の側壁に接して配置される。第１ギア４４１は、第１軸４１１及び第２軸４２１に嵌合され、第１軸４１１の回転に応じて、第２軸４２１を回転する。第２ギア４４２は、第１軸４１１及び第３軸４３１に嵌合され、第１軸４１１の回転に応じて、第３軸４３１を回転する。
【００９２】
修正後設計案５００は、第１機構要素５１０と、第２機構要素５２０と、第３機構要素５３０と、第１ギア５４１と、第２ギア５４２とを有する。第１機構要素５１０は、第１軸５１１と、第１駆動部５１２と、第１人形５１３とを有する。第１軸５１１、第１駆動部５１２及び第１人形５１３の構成及び機能は第１軸４１１、第１駆動部４１２及び第１人形４１３の構成及び機能と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９３】
第２機構要素５２０は、第２軸５２１と、第２駆動部５２２と、第２人形５２３とを有する。第２軸５２１は、第２駆動部５２２と側壁との間の不要な部分が除去されていることが第２軸４２１と相違する。第２軸５２１の軸の形状以外の第２軸５２１、第２駆動部５２２及び第２人形５２３の構成及び機能は第２軸４２１、第２駆動部４２２及び第２人形４２３の構成及び機能と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９４】
第３機構要素５３０は、第３軸５３１と、第３駆動部５３２と、第３人形５３３とを有する。第３軸５３１は、第３駆動部５３２と側壁との間の不要な部分が除去されていることが第３軸４３１と相違する。第３軸５３１の軸の形状以外の第３軸５３１、第３駆動部５３２及び第３人形５３３の構成及び機能は第３軸４３１、第３駆動部４３２及び第３人形４３３の構成及び機能と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９５】
第１ギア５４１及び第２ギア５４２は、配置される位置が第１ギア４４１及び第２ギア４４２と相違する。第１ギア５４１及び第２ギア５４２は、配置位置以外は第１ギア４４１及び第２ギア４４２と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００９６】
次いで、評価値演算部３５６は、ギア機構再配置部３５５によってギア機構が再配置された設計案の評価値を演算する（Ｓ２１３）。一例では、複数のユーザ軌跡データに対応する作用点の軌跡と、設計案により実現される作用点の軌跡との間の類似度の合計値を、設計案の評価値として演算する。評価値演算部３５６は、式（２）を使用して演算される類似度ｄ（ｉ，ｊ）を使用して評価値を演算してもよい。図９に示す例では、第１機構要素５１０の類似度、第１機構要素５１０の軌跡の類似度、第２機構要素５２０の第１機構要素５１０の軌跡の類似度及び第３機構要素５３０の軌跡の類似度の合計値を設計案の評価値として演算する。
【００９７】
次いで、設計案登録部３５７は、評価値演算部３５６が演算した評価値と関連付けて、ギア機構が再配置された設計案ギア機構が再配置された設計案を、記憶部１１に記憶される設計案登録リストに登録する（Ｓ２１４）。
【００９８】
次いで、設計案登録判定部３５８は、設計案登録リストに登録されている設計案の数が最大数に達しているか否かを判定する（Ｓ２１５）。設計案登録判定部３５８は、設計案登録リストに登録されている設計案の数が最大数に達していると判定した（Ｓ２１５−ＹＥＳ）ときに、関連付けられた評価値が最も低い設計案を設計案登録リストから削除する（Ｓ２１６）。
【００９９】
次いで、個別設計案生成部３５４は、記憶部１１に記憶される設計案生成回数をインクリメントする（Ｓ２１７）。次いで、個別設計案生成部３５４は、記憶部１１に記憶される設計案生成回数が最大値に達したか否かを判定する（Ｓ２１８）。個別設計案生成部３５４によって設計案生成回数が最大値に達していないと判定される（Ｓ２１８−ＮＯ）と、処理はＳ２０７に戻る。個別設計案生成部３５４によって設計案生成回数が最大値に達したと判定される（Ｓ２１８−ＹＥＳ）まで、Ｓ２０７〜Ｓ２１８の処理が繰り返される。
【０１００】
個別設計案生成部３５４によって設計案生成回数が最大値に達したと判定される（Ｓ２１８−ＹＥＳ）と、設計案出力部３６は、設計案登録リストに登録されている設計案を出力する（Ｓ２１９）。
【０１０１】
図１０は、設計案生成装置１によって生成される設計案の一例の動作を示す図である。図１０（ａ）は第１状態を示し、図１０（ｂ）は第１状態の次の第２状態を示し、図１０（ｃ）は第２状態の次の第３状態を示す。図１０（ｄ）は第３状態の次の第４状態を示し、図１０（ｅ）は第４状態の次の第５状態を示し、図１０（ｆ）は第５状態の次の第６状態を示す。
【０１０２】
表１は、図１０において、作用点に配置された人形と、人形を駆動する機構要素との関係を示す。ウサギ（rabbit）の人形に対応する機構要素は時計方向に回転するクランクであり、アヒル（duck）の人形に対応する機構要素は時計方向に回転する水平リンクであり、豚（pig）の人形に対応する機構要素は時計方向に回転する楕円カムである。
【表１】
2018063592.tif 000011
【０１０３】
（実施形態に係る設計案生成装置の作用効果）
設計案生成装置１は、軌跡を区分するクラスタに関連付けられた作用点の軌跡を、ユーザが入力した軌跡に類似するようにクラスタに関連付けられた機構要素の寸法を最適化して実現することで、ユーザの望む軌跡に最適な機構要素を選択することができる。
【０１０４】
また、設計案生成装置１は、出現頻度に基づいて機構要素の型を確率的に選択することで、類似する設計案で使用される尤もらしい機構要素を選択することができる。
【０１０５】
また、設計案生成装置１は、設計案により実現される作用点の軌跡が互いに干渉しないように、機構要素のギア及び軸の少なくとも１つを再配置することで、複数の構成要素が動作時に互いに干渉することを防止することができる。
【０１０６】
また、設計案生成装置１は、設計案登録リストに登録されている設計案の数が所定数に達したときに、評価値が最も低い設計案を設計案登録リストから削除することで、評価値が比較的高い複数の設計案を生成することができる。
【０１０７】
（実施形態に係る設計案生成装置の変形例）
設計案生成装置１では、初期設計案生成部３５３は、構要素型選択部３５１が選択した機構要素の型の中で類似度が最も高い機構要素を選択して初期設計案を生成する。しかしながら、実施形態に係る設計案生成装置では、他の方法により選択された機構要素を使用して、初期設計案を生成してもよい。
【０１０８】
例えば、実施形態に係る設計案生成装置では、初期設計案は、ユーザによって入力されたユーザ軌跡と同一のクラスタに関連づけられる構成要素の確率質量関数に基づいて選択されてもよい。実施形態に係る設計案生成装置は、ユーザによって入力されたユーザ軌跡Ｘと、クラスタに関連づけられる構成要素Ｄとの類似度ｄ（Ｘ，ｉ）に基づいて、確率質量関数Ｆ（ｉ）を
【０１０９】
【数９】
2018063592.tif 000012
【０１１０】
規定する。ここで、同一のクラスタに関連づけられた機構要素の数Ｙにたいしてｉ∈Ｙとなる。このとき、
【０１１１】
【数１０】
2018063592.tif 000013
【０１１２】
の関係が成り立つ。実施形態に係る設計案生成装置は、確率質量関数Ｆ（ｉ）を使用して、初期設計案を確率的に選択することで、類似度が高い構成要素を高角率で選択することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１    設計案生成装置
３１    ユーザ軌跡データ取得部
３２    筐体情報取得部
３３    入力データ処理部
３４    クラスタ探索部
３５    設計案生成部
３６    設計案出力部
【図１】
2018063592.tif 000014
【図２】
2018063592.tif 000015
【図３】
2018063592.tif 000016
【図４】
2018063592.tif 000017
【図５】
2018063592.tif 000018
【図６】
2018063592.tif 000019
【図７】
2018063592.tif 000020
【図８】
2018063592.tif 000021
【図９】
2018063592.tif 000022
【図１０】
2018063592.tif 000023