(57)【要約】【課題】本発明は、対象面の実際の表面形状を考慮し、適切な３次元軌道を生成することができる３次元軌道生成装置および方法、ならびにプログラムの提供を目的とする。【解決手段】本発明は、計測点群１０Ａによって表現される対象面１０上に、移動体が移動するための仮軌道２０Ｔを生成する仮軌道生成部５と、仮軌道２０Ｔの軌道方向に、特定間隔で探索領域３０を設定する探索領域設定部６と、各探索領域３０下の計測点群１０Ａから最大高点をそれぞれ探索する最大高点探索部１２と、探索した各最大高点に基づいて仮軌道２０Ｔを修正することによって、本軌道２０Ｓを生成する本軌道生成部７とを備える。【選択図】図１
2013205131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象面の３次元計測によって得られた、各点が前記対象面の３次元位置情報を示す計測点群を取得する点群取得部と、
取得した前記計測点群によって表現される前記対象面上に、移動体が移動するための仮軌道を生成する仮軌道生成部と、
前記仮軌道の軌道方向に、特定間隔で探索領域を設定する探索領域設定部と、
各前記探索領域下の前記計測点群のうち、前記対象面の法線方向成分が最も大きい最大高点をそれぞれ探索する最大高点探索部と、
探索した各前記最大高点に基づいて前記仮軌道を修正することによって、前記移動体が移動する本軌道を生成する本軌道生成部とを備えることを特徴とする、
３次元軌道生成装置。
【請求項２】
各前記探索領域の範囲が、前記移動体の特定部分が前記対象面上に仮想的に投影された範囲に基づいて設定されることを特徴とする、
請求項１に記載の３次元軌道生成装置。
【請求項３】
前記本軌道生成部が、前記特定間隔より広い広域範囲内で連続する各前記最大高点のうち前記法線方向成分が最大である代表最大高点を特定し、前記広域範囲内では前記代表最大高点の前記法線方向成分に統一して前記仮軌道を修正することによって、前記本軌道を生成することを特徴とする、
請求項１または２に記載の３次元軌道生成装置。
【請求項４】
前記広域範囲内で連続する各前記最大高点の前記法線方向成分の変動幅が所定範囲内である場合、
前記本軌道生成部が、前記広域範囲内では前記代表最大高点の前記法線方向成分に統一して前記仮軌道を修正することによって、前記本軌道を生成することを特徴とする、
請求項３に記載の３次元軌道生成装置。
【請求項５】
前記広域範囲の長さが可変であることを特徴とする、
請求項３または４に記載の３次元軌道生成装置。
【請求項６】
（ａ）対象面の３次元計測によって得られた、各点が前記対象面の３次元位置情報を示す計測点群を取得する工程と、
（ｂ）取得した前記計測点群によって表現される前記対象面上に、移動体が移動するための仮軌道を生成する工程と、
（ｃ）前記仮軌道の軌道方向に、特定間隔で探索領域を設定する工程と、
（ｄ）各前記探索領域下の前記計測点群のうち、前記対象面の法線方向成分が最も大きい最大高点をそれぞれ探索する工程と、
（ｅ）探索した各前記最大高点に基づいて前記仮軌道を修正することによって、前記移動体が移動する本軌道を生成する工程とを備えることを特徴とする、
３次元軌道生成方法。
【請求項７】
各前記探索領域の範囲が、前記移動体の特定部分が前記対象面上に仮想的に投影された範囲に基づいて設定されることを特徴とする、
請求項６に記載の３次元軌道生成方法。
【請求項８】
前記工程（ｃ）が、前記特定間隔より広い広域範囲内で連続する各前記最大高点のうち前記法線方向成分が最大である代表最大高点を特定し、前記広域範囲内では前記代表最大高点の前記法線方向成分に統一して前記仮軌道を修正することによって、前記本軌道を生成する工程であることを特徴とする、
請求項６または７に記載の３次元軌道生成方法。
【請求項９】
前記工程（ｃ）が、前記広域範囲内で連続する各前記最大高点の前記法線方向成分の変動幅が所定範囲内である場合、前記広域範囲内では前記代表最大高点の前記法線方向成分に統一して前記仮軌道を修正することによって、前記本軌道を生成することを特徴とする、
請求項８に記載の３次元軌道生成方法。
【請求項１０】
前記広域範囲の長さが可変であることを特徴とする、
請求項８または９に記載の３次元軌道生成方法。
【請求項１１】
コンピュータにインストールされて実行されることにより、前記コンピュータを、請求項１〜５のいずれかに記載の３次元軌道生成装置として機能させることを特徴とする、
３次元軌道生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象となる面上を移動体が移動する基準となる３次元軌道を生成する３次元軌道生成装置および３次元軌道生成方法、ならびに３次元軌道生成プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばロボットがそのアームによって対象となる面（対象面）に対し所定の作業、例えば車両の外装に対し塗装作業を行う場合、ロボットは、車両の外装を構成するいくつかの表面に沿って塗装を行うために、当該表面上をロボットのアームが移動する３次元軌道を認識する必要がある。
【０００３】
この３次元軌道は、対象面の３次元位置および姿勢が認識されることで、認識した対象面の法線方向の一定距離離れた３次元位置に生成される（特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、ある対象の３次元位置および姿勢は、その対象の空間位置および空間姿勢を含む３次元座標値の組によって定義される。３次元座標値の組とは、具体的には、各点が３次元位置情報を有しその対象の３次元形状を示す点群データから構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３１４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、対象面の３次元軌道が生成される場合には、例えば対象面を有する対象物の３次元モデル上に規定されたモデル点群から対象面が抽出され、抽出された対象面上に３次元軌道が生成されていた。そのため、モデル点群には示されない対象面表面の凹凸、および、対象面の個体差が考慮されず、実際に移動体（ロボットのアーム等）が当該３次元軌道を移動すると、対象面上の突起等に移動体が衝突するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、対象面の実際の表面形状を考慮し、適切な３次元軌道を生成することができる３次元軌道生成装置および３次元軌道生成方法、ならびに３次元軌道生成プログラム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】
【０００８】
本発明の第１態様に関する３次元軌道生成装置は、対象面の３次元計測によって得られた、各点が前記対象面の３次元位置情報を示す計測点群を取得する点群取得部と、取得した前記計測点群によって表現される前記対象面上に、移動体が移動するための仮軌道を生成する仮軌道生成部と、前記仮軌道の軌道方向に、特定間隔で探索領域を設定する探索領域設定部と、各前記探索領域下の前記計測点群のうち、前記対象面の法線方向成分が最も大きい最大高点をそれぞれ探索する最大高点探索部と、探索した各前記最大高点に基づいて前記仮軌道を修正することによって、前記移動体が移動する基準となる本軌道を生成する本軌道生成部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２態様に関する３次元軌道生成装置は、第１態様に関する３次元軌道生成装置の一態様である。本発明の第２態様に関する３次元軌道生成装置は、各前記探索領域の範囲が、前記移動体の特定部分が前記対象面上に仮想的に投影された範囲に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３態様に関する３次元軌道生成装置は、第１態様に関する３次元軌道生成装置の一態様である。本発明の第３態様に関する３次元軌道生成装置は、前記本軌道生成部が、前記特定間隔より広い広域範囲内で連続する各前記最大高点のうち前記法線方向成分が最大である代表最大高点を特定し、前記広域範囲内では前記代表最大高点の前記法線方向成分に統一して前記仮軌道を修正することによって、前記本軌道を生成することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４態様に関する３次元軌道生成装置は、第１態様に関する３次元軌道生成装置の一態様である。本発明の第４態様に関する３次元軌道生成装置は、前記広域範囲内で連続する各前記最大高点の前記法線方向成分の変動幅が所定範囲内である場合、前記本軌道生成部が、前記広域範囲内では前記代表最大高点の前記法線方向成分に統一して前記仮軌道を修正することによって、前記本軌道を生成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５態様に関する３次元軌道生成装置は、第１態様に関する３次元軌道生成装置の一態様である。本発明の第５態様に関する３次元軌道生成装置は、前記広域範囲の長さが可変であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６態様に関する３次元軌道生成方法は、（ａ）対象面の３次元計測によって得られた、各点が前記対象面の３次元位置情報を示す計測点群を取得する工程と、（ｂ）取得した前記計測点群によって表現される前記対象面上に、移動体が移動するための仮軌道を生成する工程と、（ｃ）前記仮軌道の軌道方向に、特定間隔で探索領域を設定する工程と、（ｄ）各前記探索領域下の前記計測点群のうち、前記対象面の法線方向成分が最も大きい最大高点をそれぞれ探索する工程と、（ｅ）探索した各前記最大高点に基づいて前記仮軌道を修正することによって、前記移動体が移動する基準となる本軌道を生成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第７態様に関する３次元軌道生成方法は、第６態様に関する３次元軌道生成方法の一態様である。本発明の第７態様に関する３次元軌道生成方法は、各前記探索領域の範囲が、前記移動体の特定部分が前記対象面上に仮想的に投影された範囲に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第８態様に関する３次元軌道生成方法は、第６態様に関する３次元軌道生成方法の一態様である。本発明の第８態様に関する３次元軌道生成方法は、前記工程（ｃ）が、前記特定間隔より広い広域範囲内で連続する各前記最大高点のうち前記法線方向成分が最大である代表最大高点を特定し、前記広域範囲内では前記代表最大高点の前記法線方向成分に統一して前記仮軌道を修正することによって、前記本軌道を生成する工程であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第９態様に関する３次元軌道生成方法は、第６態様に関する３次元軌道生成方法の一態様である。本発明の第９態様に関する３次元軌道生成方法は、前記工程（ｃ）が、前記広域範囲内で連続する各前記最大高点の前記法線方向成分の変動幅が所定範囲内である場合、前記広域範囲内では前記代表最大高点の前記法線方向成分に統一して前記仮軌道を修正することによって、前記本軌道を生成することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１０態様に関する３次元軌道生成方法は、第６態様に関する３次元軌道生成方法の一態様である。本発明の第１０態様に関する３次元軌道生成方法は、前記広域範囲の長さが可変であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１１態様に関する３次元軌道生成プログラムは、コンピュータにインストールされて実行されることにより、前記コンピュータを、上記の３次元軌道生成装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１〜第１１態様によれば、探索領域ごとに対象面の実際の表面形状を考慮した３次元軌道である本軌道を生成できる。移動体をこの本軌道に従って移動させることで、対象面上の突起等に移動体が衝突することを抑制することができる。
【００２０】
特に本発明の第２態様に関する３次元軌道生成装置によれば、探索領域によって規定される計測点群の探索範囲を、移動体の特定部分が対象面上に仮想的に投影された範囲に対応させることで、移動体の大きさが異なる作業を行う場合であっても、移動体と対象面の表面との衝突を効果的に抑制することができる。
【００２１】
特に本発明の第３態様に関する３次元軌道生成装置によれば、簡略化された３次元軌道である本軌道が生成され、本軌道に従って移動される移動体の操作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に関する３次元軌道生成装置の構成を概念的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に関する３次元軌道生成装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に関する３次元軌道生成装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】計測点群の移動を示す図である。
【図５】計測点群によって表現される対象面上に仮軌道が生成された様子を示す図である。
【図６】仮軌道をローカル座標のｚ軸上方から見た図である。
【図７】探索領域の設定の例を示す図である。
【図８】計測点群によって表現される対象面の断面図を模式的に示した図である。
【図９】計測点群によって表現される対象面の断面方向から見た、本軌道を示す図である。
【図１０】計測点群によって表現される対象面の断面方向から見た本軌道を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
＜実施形態＞
＜構成＞
図１は、本発明の本実施形態に関する３次元軌道生成装置１００の構成を概念的に示す図である。この３次元軌道生成装置１００は、後述するコンピュータ１３（図２）によって機能的に実現される。
【００２５】
図１に示されるように３次元軌道生成装置１００は、対象面１０を撮像する撮像部２と、対象面１０の計測点群を生成する点群生成部３と、対象面１０の計測点群を取得する点群取得部４と、計測点群によって表現される対象面１０上に、仮軌道を生成する仮軌道生成部５と、仮軌道において、探索領域を設定する探索領域設定部６と、探索領域下の計測点群のうち、対象面１０の法線方向成分が最も大きい最大高点をそれぞれ探索する最大高点探索部１２と、最大高点に基づいて仮軌道を修正することによって、本軌道を生成する本軌道生成部７とを備える。
【００２６】
撮像部２は、対象面１０の計測点群を生成するために対象面１０を撮像する機能部である。ここで計測点群とは、対象物を実測することによって得られる点群データである。
【００２７】
撮像部２は、例えば対象面１０を撮像して対象面１０の視差画像を取得するステレオカメラによって実現されるが、対象面１０を撮像して対象面１０の３次元位置情報を直接的に取得するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）カメラによって実現されてもよい。ここでＴＯＦカメラは、カメラに備えられた光源から出た光が対象物で反射しカメラに備えられたセンサに届くまでの光の飛行時間（遅れ時間）と、光の速度（３×１０8ｍ／ｓ）とを用いて、対象物（被写体）までの距離を取得することができるカメラである。なお、対象面１０の計測点群があらかじめ生成されている場合（あらかじめ外部の記憶装置１１に記憶されている等）には、撮像部２は備えられなくてもよい。
【００２８】
点群生成部３は、例えばステレオカメラによって撮像された対象面１０の視差画像から、各点が３次元位置情報を有し、対象面１０の３次元形状を示す点群データ（計測点群）を生成する機能部である。なお、計測点群があらかじめ生成されている場合（ＴＯＦカメラによって対象面１０の３次元位置情報が直接的に取得される場合を含む）には、点群生成部３は備えられなくてもよい。
【００２９】
点群取得部４は、点群生成部３において生成された、もしくは、あらかじめ生成された対象面１０の計測点群を取得する機能部である。
【００３０】
仮軌道生成部５は、計測点群によって表現される対象面１０上を、移動体が移動するための仮軌道を生成する機能部である。ここで仮軌道とは、対象面１０上に生成される２次元の軌道であって、移動体が実際に移動する３次元軌道の基準である本軌道の基礎となる軌道である。
【００３１】
探索領域設定部６は、仮軌道の軌道方向（移動体が移動する方向）に、特定間隔で探索領域を設定する機能部である。ここで探索領域とは、対象面１０上に設定される領域である。探索領域が設定された部分の対象面１０を示す、探索領域下の計測点群は、探索対象となる計測点群である。
【００３２】
最大高点探索部１２は、探索領域下の計測点群のうち、対象面１０の法線方向成分が最も大きい点である最大高点を、各探索領域について探索する機能部である。
【００３３】
本軌道生成部７は、探索した各最大高点に基づいて仮軌道を修正することによって、本軌道を生成する機能部である。
【００３４】
図２は、３次元軌道生成装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
【００３５】
図２に示されるように３次元軌道生成装置１００としてのロボット１００Ａは、カメラ２Ａと、コンピュータのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１３Ａおよび記憶装置を内蔵したコンピュータ１３とを備える。
【００３６】
またロボット１００Ａは、カメラ２Ａが例えば先端付近に取り付けられたアーム１Ｒと、アーム１Ｌと、アーム１Ｒおよびアーム１Ｌを支える胴体部８とを備える。なお、アームは双腕である必要はなく、一方のみ備えられる場合であってもよい。
【００３７】
カメラ２Ａは、図１に示された撮像部２に対応する。図２に示されるカメラ２Ａはステレオカメラであり、カメラ２Ａによって対象物１における対象面１０の視差画像が取得される。
【００３８】
ＣＰＵ１３Ａは、図１に示された点群生成部３、点群取得部４、仮軌道生成部５、探索領域設定部６、最大高点探索部１２、本軌道生成部７それぞれに対応する。またＣＰＵ１３Ａは、ロボット１００Ａのアーム１Ｒの動作を制御することによって、対象面１０上の本軌道に従って移動体としてのアーム１Ｒを移動させ、所定の作業を行うことを可能とする機能を有している。なお、対象面１０の形状は、図示するような矩形形状に限られるものではない。
【００３９】
図２に示されるロボット１００Ａは、生成された本軌道に従ってアーム１Ｒを移動させて塗装作業を行うことを想定して、アーム１Ｒの先端に塗装部９が備えられている。
【００４０】
ＣＰＵ１３Ａが備えられるコンピュータ１３は、ロボット１００Ａとの間で有線（図３のＤＬ）または無線を介して通信可能である。
【００４１】
コンピュータ１３には、ＣＰＵ１３Ａによる演算処理機能やロボットの動作制御機能のほか、記憶デバイス、ディスプレイ、マウス等のマンマシン・インターフェイスが備えられる。そして、このコンピュータ１３において３次元軌道生成装置１００としての機能を実現させるプログラムが、あらかじめインストールされている。
【００４２】
＜動作＞
次に、図３〜図１０を参照しつつ、本実施形態に関する３次元軌道生成装置１００の動作について説明する。
【００４３】
まず図３に示されるように、点群取得部４が、対象面１０の計測点群を取得する（ステップＳ１）。ここで対象面１０の計測点群は、撮像部２において取得された視差画像が点群生成部３において処理され、各点の３次元位置情報が抽出されたものであってもよいし、あらかじめ生成された計測点群が点群生成部３または外部の記憶装置１１から取得されたものであってもよい。
【００４４】
次に図３に示されるように、仮軌道生成部５が、計測点群によって表現される対象面１０内に、仮軌道を生成する（ステップＳ２）。ここで、計測点群によって表現される対象面１０は、例えば対象面１０を１つの表面とする対象物全体において占める相対位置関係から、その法線の向きが分かっているものとする。対象面１０が部分的に凹凸を含む場合であっても、対象面１０を、それぞれが平面とみなせるような複数の小領域（面要素）に分割し、それぞれの面要素の法線方向を対象面１０全体で平均することによって、対象面１０全体としての法線方向を決定できる。
【００４５】
図４は、対象面１０の計測点群１０Ａの移動を示す図である。なお、図４（ａ）は移動前の計測点群１０Ａを示す図であり、図４（ｂ）は移動後の計測点群１０Ａを示す図である。
【００４６】
仮軌道生成部５は、処理の簡単のために、対象面１０の法線Ｈが３次元軌道生成装置１００のローカル３次元座標軸と一致するように、対象面１０の計測点群１０Ａを平行および回転移動（アフィン変換）することができる（図４参照）。図４（ｂ）のように計測点群１０Ａを移動させれば、対象面１０の法線Ｈの方向と３次元軌道生成装置１００のローカル３次元座標軸（ｚ軸）とが一致する。
【００４７】
図５は、計測点群１０Ａによって表現される対象面１０上に仮軌道２０Ｔが生成された様子を示す図である。
【００４８】
仮軌道生成部５は、計測点群１０Ａによって表現される対象面１０上に仮軌道２０Ｔを生成する（図５参照）。仮軌道２０Ｔの形状は、図示するようなジグザグ形状（往復走査形状）に限られるものではなく、例えばロボット１００Ａのアーム１Ｒの先端に保持された塗装部９を移動体として、対象面１０内を塗りつぶすように当該移動体を移動させる軌道形状であればよい。また、この仮軌道２０Ｔはあらかじめ定められたアルゴリズムで自動生成されてもよく、ティーチングによって生成されるものであってもよい。また、対象面１０の全面塗装のような処理だけが本発明の対象ではない。例えば、対象面１０の一部にロボット１００Ａによって線引き処理を行わせるような場合には、仮軌道２０Ｔはそのような線引きすべき経路に沿って生成される。
【００４９】
次に図３に示されるように、探索領域設定部６が、仮軌道２０Ｔの軌道方向（移動体が移動する方向）に沿って、特定間隔で探索領域を周期的に設定する（ステップＳ３）。
【００５０】
図６は、仮軌道２０Ｔをローカル座標のｚ軸（つまり対象面１０の法線方向）上方から見た図である。なお、図６（ａ）は、仮軌道２０Ｔにおいて探索領域３０を設定する前の状態を示す図であり、図６（ｂ）は、仮軌道２０Ｔにおいて探索領域３０を設定した後の状態を示す図である。
【００５１】
探索領域設定部６は、仮軌道２０Ｔにおいて、特定間隔ΔＰをあけて探索領域３０を周期的に設定する（図６（ｂ）参照）。探索領域３０を設定する間隔を「探索間隔」とする。探索間隔ΔＰは、図６（ｂ）に示されるような一定間隔に限られない。例えば、設定された探索領域３０について後述する探索を既に行っており、対象面１０の表面形状の概要があらかじめ分かっている場合には、探索領域設定部６は、対象面１０の表面形状の探索結果に基づいて重点的に探索する箇所、すなわち探索領域３０を比較的狭い間隔で設定する箇所を存在させてもよい。つまり、探索間隔ΔＰを場所によって可変とすることができる。
【００５２】
具体的に、対象面１０が、起伏が比較的多い領域（凹凸領域）と、起伏が比較的少ない領域（平坦領域）とを有していることがあらかじめ分かっている場合には、仮軌道のうち凹凸領域を通る区間では探索間隔ΔＰを比較的狭く設定し、仮軌道のうち平坦領域を通る区間では探索間隔ΔＰを比較的広く設定することが好ましい。探索領域３０を設定する探索間隔ΔＰが狭いほど対象面１０の表面形状の把握精度は高まるが、その分演算量が多くなるため、探索間隔ΔＰを場所によって可変とすることによって、後に設定される本軌道の設定精度の向上と、本軌道生成のための演算量の過剰増大の防止とを両立させることができる。
【００５３】
また、探索領域設定部６によって設定される各探索領域３０の対象面１０上の範囲は図示する場合に限られず、また各探索領域３０間でその範囲のサイズが統一されている必要もない。例えば仮軌道の軌道方向だけでなく、軌道方向（移動体が移動する方向）と直交する方向にも広がった幅を持つような範囲を有する探索領域が設定されてもよい。
【００５４】
探索領域３０は、移動体（図２でいう、塗装部９が取り付けられたアーム１Ｒ）の対象面１０上に占める範囲（つまり対象面１０への仮想的な投影範囲）に対応させて、その範囲が決められていることが望ましい。すなわち、対象面１０上での探索領域３０の輪郭が、移動体の外形に対応していることが望ましい。
【００５５】
図７は、探索領域３０の設定の例を示す図である。
【００５６】
図７に示されるように、仮軌道２０Ｔに沿って移動体を移動させつつ当該移動体の先端側部分６０の影を計測点群１０Ａによって表現される対象面１０に仮想的に投影した場合に、対象面１０上で移動体の先端側部分６０の影が通る領域６１（典型的には帯状の軌跡領域）に対応した幅（軌道方向とは直交する方向の幅）で探索領域３０を設定することが望ましい。図６の例でも、仮軌道２０Ｔの両側に幅を持たせた探索領域３０が設定されることが好ましい。
【００５７】
このような探索領域３０を設定する場合において、移動体が対象面１０上に仮想的に投影される範囲は、移動体の全体（ロボット１００Ａのアーム１Ｒと塗装部９との全体）を考慮するのではなく、移動体のうち、走査中に対象面１０に比較的近くなる特定部分（図７の例では先端側部分６０）だけを考慮することが好ましい。図２の例でいえば、アーム１Ｒの肩部（図７では点線で概念的に図示）が対象面１０に干渉することはないため、例えばアーム１Ｒの手首よりも先側部分と塗装部９との組み合わせだけを先端側部分６０として扱い、その先端側部分６０が対象面１０のｚ方向（法線Ｈの方向）の上方を移動する際に、その投影した影が走査する範囲のみを探索領域３０とすることが好ましい。
【００５８】
また、この３次元軌道生成装置１００では、移動体の先端側部分に含まれるロボットのツール（図２の例では塗装部９）が別のサイズ、あるいは、別の種類のツールに変更された際には、改めてその新たなツールでの投影範囲を演算して求め、それに応じて探索領域３０を可変に設定できる。
【００５９】
次に図３に示されるように、最大高点探索部１２が、対象面１０の法線方向を高さ方向とした場合の、各探索領域下の最大高点をそれぞれ探索する（ステップＳ４）。
【００６０】
図８は、計測点群１０Ａによって表現される対象面１０の断面図を模式的に示した図である。
【００６１】
例えば図８に示されるような突起がある表面形状の対象面１０を表現する計測点群１０Ａについて、各探索領域における最大高点を探索する場合を説明する。
【００６２】
探索領域３０Ａにおいては突起４０Ａが突起４０Ｂよりもｚ軸方向に高く形成されているため、探索領域３０Ａにおける最大高点は、突起４０Ａを表現する計測点群１０Ａのうちの上端部を示す点である。
【００６３】
一方探索領域３０Ｂにおいては突起等は形成されていないため、探索領域３０Ｂにおける最大高点は、平面を表現する計測点群１０Ａのうちのいずれかの点である。
【００６４】
次に図３に示されるように、本軌道生成部７が、探索した最大高点に基づいて仮軌道を修正することによって、本軌道を生成する（ステップＳ５）。
【００６５】
図９は、本軌道２０Ｓを計測点群１０Ａによって表現される対象面１０の断面方向から見た図である。本軌道生成部７は、各探索領域における最大高点を結んで仮軌道２０Ｔを修正し、修正した軌道を本軌道２０Ｓとする。
【００６６】
ここで、本軌道２０Ｓは、対象面１０の表面形状が反映された３次元軌道であるが、移動体が実際に移動する軌道としては、さらに当該本軌道２０Ｓよりも、対象面１０の法線方向について一定の高さだけ高くした３次元軌道が、補正された本軌道として設定されることが望ましい。すなわち、対象面１０の表面形状だけを反映させた本軌道２０Ｓは、対象面１０の表面に限りなく近い３次元軌道であるので、移動体の移動精度等を考慮して、対象面１０の表面から一定の距離をとっておくように本軌道２０Ｓを修正することが望ましい。
【００６７】
本軌道２０Ｓを法線方向に移動させる（図９でいうｚ軸方向に上昇させる）際に、本軌道２０Ｓを移動する移動体が対象面１０に対して行う作業の種類に応じて、その移動量を選択することも可能である。
【００６８】
例えば、移動体が対象面１０に対する塗装作業を行う場合であれば、スプレー等を噴射させるのに適切な距離（吹きつけ範囲、および、吹きつけ精度を考慮）だけ対象面１０の表面から離間するように、本軌道２０Ｓを修正してもよい。
【００６９】
一方、図９の場合とは異なる方法で仮軌道２０Ｔを修正し、修正した軌道を本軌道２０ＳＳとすることも可能である。
【００７０】
図１０は、本軌道２０ＳＳを計測点群１０Ａによって表現される対象面１０の断面方向から見た図である。各探索領域における最大高点は、図９に示されたものと同様である。
【００７１】
図１０に示されるように本軌道生成部７は、仮軌道２０Ｔの軌道方向に連続する各最大高点の高さ成分が、探索間隔ΔＰよりも広い範囲（以下「広域範囲ΔＬ」）内において、ｚ方向の所定の変動限界値ΔＤよりも小さい変動幅で変動している場合に、それらのうちの最も高さ成分が大きい代表最大高点に基づいて、それらの最大高点を結ぶ本軌道２０ＳＳを生成する。
【００７２】
すなわち、探索間隔ΔＰよりも広い広域範囲ΔＬ内で連続する各最大高点のうちで、法線方向成分が最大である代表最大高点を特定し、広域範囲ΔＬ内ではその代表最大高点に応じた高さに統一した軌道を本軌道として生成する。
【００７３】
変動幅が比較的小さい広域範囲ΔＬ内において上記の統一処理を行うことにより、移動体が経路内での細かな方向転換を行うことなく、簡略化された経路をスムーズに移動することができる。例えば図２に示されるようなロボットのアームを移動させる場合、方向転換の度にアームの移動が一時停止し、方向転換が多いほど移動に時間がかかるため、当該統一処理によって移動にかかる時間を短縮することができる。また、変動限界値ΔＤを対象面１０に対して行う作業に応じて設定しておけば、当該作業に影響のない範囲で経路を簡略化でき、作業を高い精度で行いつつ、移動時間も短縮できる。
【００７４】
上記の広域範囲ΔＬの大きさも、移動体が対象面１０に対して行う作業の内容によって設定することができる。また、移動体の移動精度によっても可変に設定することができる。さらに、対象面１０の起伏状態などの領域の性質に応じて広域範囲ΔＬを場所ごとに可変とすることもできる。広域範囲ΔＬの設定を適切に行うことによって、当該作業に影響のない範囲で経路を簡略化でき、作業を高い精度で行いつつ、移動時間も短縮できる。
【００７５】
図１０の場合には、左側の領域で広域範囲ΔＬが比較的長く設定されることによって、左側の４点の最大高点全てが左から２番目の代表最大高点５０Ａの高さで結ばれ、右側の領域で広域範囲ΔＬが比較的短く設定されることによって、右側の３点の最大高点全てが、右から２番目の代表最大高点５０Ｂの高さで結ばれている。中間の傾斜区間では広域範囲ΔＬでの変動幅が変動限界値ΔＤよりも大きいため、広域範囲ΔＬ内での統一処理は不能化される。
【００７６】
具体的には、広域範囲ΔＬに応じた固定または可変の距離サイズを持つデジタル最大値フィルタを使用して広域範囲ΔＬでの各最高点を代表最大値に統一してゆく処理を行う。一方で、探索領域の間隔ΔＰごとの変動を検知するデジタル微分フィルタを使用して、（修正前の）本軌道における各最大高点の高さの変動を求め、それが変動限界値ΔＤを超えている領域では上記の最大値フィルタの機能を不能化させることによって、図１０のような結果が得られる。
【００７７】
このような本軌道２０ＳＳを生成することで、移動体が本軌道２０ＳＳに従って移動する移動動作を単純化することができ、対象面１０に対して行う作業効率を高めることができる。特にロボットを用いて作業を行う場合には、移動方向の変更の度に作業が中断してしまうことを抑制できる。
【００７８】
なお、本軌道２０ＳＳが生成される場合にも、移動体が実際に移動する軌道としては、さらに当該本軌道２０ＳＳに対象面１０の法線方向成分について一定の高さだけ高くした３次元軌道が設定されることが望ましい。
【００７９】
また、上記では変動限界値ΔＤよりも大きい区間において統一処理を不能化したが、変動限界値よりも大きい区間に関しても、統一処理を行ってもよい。
【００８０】
＜効果＞
本発明に関する実施形態によれば、３次元軌道生成装置は、計測点群１０Ａによって表現される対象面１０上に、移動体が移動するための仮軌道２０Ｔを生成する仮軌道生成部５と、仮軌道２０Ｔの軌道方向に、特定間隔で探索領域３０を設定する探索領域設定部６と、各探索領域３０下の計測点群１０Ａから最大高点をそれぞれ探索する最大高点探索部１２と、探索した各最大高点に基づいて仮軌道２０Ｔを修正することによって、本軌道２０Ｓを生成する本軌道生成部７とを備える。
【００８１】
このような３次元軌道生成装置によれば、探索領域３０ごとに対象面１０の実際の表面形状を考慮した３次元軌道である本軌道２０Ｓを生成できる。移動体をこの本軌道２０Ｓに従って移動させることで、対象面１０上の突起等に移動体が衝突することを抑制することができる。
【００８２】
また、対象面１０の実際の表面形状を考慮した本軌道２０Ｓに従って移動体を移動させることで、対象面１０に対して行う所定の作業が、常に対象面１０の表面から一定の距離から行われることとなり、作業ムラを抑制することができる。
【００８３】
また、本発明に関する実施形態によれば、各探索領域３０の範囲が、移動体の特定部分としての先端側部分６０が対象面１０上に仮想的に投影された範囲に基づいて設定される。
【００８４】
このような３次元軌道生成装置によれば、探索領域３０によって規定される計測点群１０Ａの探索範囲を、移動体の先端側部分６０が対象面１０上に仮想的に投影された範囲に対応させることで、移動体の大きさが異なる作業を行う場合であっても、移動体と対象面１０の表面との衝突を効果的に抑制することができる。移動体の外形を考慮して探索範囲を選択することになるため、対象面１０の表面形状に応じて本軌道２０Ｓが迂回する程度を可能な限り抑制することができる。
【００８５】
また、本発明に関する実施形態によれば、本軌道生成部７が、探索間隔ΔＰより広い広域範囲ΔＬ内で連続する各最大高点のうち法線方向成分が最大である代表最大高点を特定し、広域範囲ΔＬ内では代表最大高点の法線方向成分に統一して仮軌道２０Ｔを修正することによって、本軌道２０ＳＳを生成する。
【００８６】
このような３次元軌道生成装置によれば、簡略化された３次元軌道である本軌道２０ＳＳが生成され、本軌道２０ＳＳに従って移動される移動体の操作が容易となる。
【００８７】
なお本発明は、その発明の範囲内において、本実施形態における任意の構成要素の変形もしくは省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
自動車の製造ライン等で動作する塗装ロボット等に応用可能である。塗装ロボットは、塗装のための噴霧装置を自動車の外装カバーの表面に沿って移動させながら、塗装を行うが、本発明によれば、当該噴霧装置が移動する３次元軌道を生成することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  対象物
１Ｌ，１Ｒ  アーム
２  撮像部
２Ａ  カメラ
３  点群生成部
４  点群取得部
５  仮軌道生成部
６  探索領域設定部
７  本軌道生成部
８  胴体部
９  塗装部
１０  対象面
１０Ａ  計測点群
１１  記憶装置
１２  最大高点探索部
１３  コンピュータ
１３Ａ  ＣＰＵ
２０Ｓ，２０ＳＳ  本軌道
２０Ｔ  仮軌道
３０，３０Ａ，３０Ｂ  探索領域
４０Ａ，４０Ｂ  突起
５０Ａ，５０Ｂ  代表最大高点
６０  先端側部分
６１  領域
１００  ３次元軌道生成装置
１００Ａ  ロボット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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