特許 7456845 作業位置解析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】作業位置解析装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/648 20240101AFI20240319BHJP

   G05D 1/242 20240101ALI20240319BHJP

   B25J 9/22 20060101ALI20240319BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

G05D1/648

G05D1/242

B25J9/22 Z

G05D1/43

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020084737

(22)【出願日】2020-05-13

(65)【公開番号】P2021179801

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2023-03-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 壮広

(72)【発明者】

【氏名】宮口 幹太

【審査官】田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０８８１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２８９６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０４４１３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／００

Ｂ２５Ｊ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動可能な作業機構であって、移動のための駆動機構と作業のための駆動機構とを備えた作業機構についての、複数の作業対象位置を表すデータを取得する取得部と、
前記作業のための駆動機構の駆動により作業可能な作業対象位置の範囲である有効作業範囲を用いて、前記複数の作業対象位置のクラスタリングを行って、前記作業機構が同一の作業位置において作業可能な作業対象位置からなるクラスタを抽出するクラスタリング部と、
前記クラスタリング部によって抽出されたクラスタ毎に、前記クラスタに含まれるすべての作業対象位置を囲む領域の中心に対応する位置を、前記作業機構の作業位置として計算する作業位置計算部と、
を含む作業位置解析装置。

【請求項2】

前記作業位置計算部は、前記クラスタに含まれるすべての作業対象位置を囲む最小包囲円の中心に対応する位置を、前記作業機構の作業位置として計算する請求項１記載の作業位置解析装置。

【請求項3】

前記作業対象位置は、線分、点、又は領域で表される請求項１又は２記載の作業位置解析装置。

【請求項4】

前記作業対象位置は、線分で表され、
前記クラスタリング部は、前記作業対象位置を表す線分の端点と他の線分の端点との間の距離が、前記有効作業範囲内であるか否かを用いて、前記クラスタリングを行う請求項３記載の作業位置解析装置。

【請求項5】

前記作業機構は、床面に対する作業を行うための床面作業部を含んで構成され、前記作業のための駆動機構は、前記床面作業部を移動させる請求項１～請求項４の何れか１項記載の作業位置解析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業位置解析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットの作業アームの作業空間内の領域を考慮してロボットの最小停止箇所を決定する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の方法では、複数の作業に対応する作業可能領域を設定し、最少数の作業可能領域で全作業を遂行することができるように複数の作業可能領域の重なりを組み合わせ、組み合わせた作業可能領域の重なった領域において、作業遂行時間が最小となる作業箇所を求めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－８８１６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、作業機構が同一の作業位置において作業可能な作業対象位置を抽出することができることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために、本発明の作業位置解析装置は、移動可能な作業機構であって、移動のための駆動機構と作業のための駆動機構とを備えた作業機構についての、複数の作業対象位置を表すデータを取得する取得部と、前記作業のための駆動機構の駆動により作業可能な作業対象位置の範囲である有効作業範囲を用いて、前記複数の作業対象位置のクラスタリングを行って、前記作業機構が同一の作業位置において作業可能な作業対象位置からなるクラスタを抽出するクラスタリング部と、を含んで構成されている。これにより、作業機構が同一の作業位置において作業可能な作業対象位置を抽出することができる。

【0006】

上記の発明の作業位置解析装置において、前記クラスタリング部によって抽出されたクラスタ毎に、前記作業機構の作業位置を計算する作業位置計算部を更に含むことができる。これにより、クラスタに属する各作業対象位置を作業可能な作業位置を計算することができる。

【0007】

上記の発明の作業位置解析装置において、前記作業位置計算部は、前記クラスタに含まれるすべての作業対象位置を囲む最小包囲円の中心に対応する位置を、前記作業機構の作業位置として計算することができる。これにより、適切な作業位置を計算することができる。

【0008】

上記の発明の作業位置解析装置において、前記作業対象位置は、線分、点、又は領域で表されることができる。

【0009】

上記の発明の作業位置解析装置において、前記作業対象位置は、線分で表され、前記クラスタリング部は、前記作業対象位置を表す線分の端点と他の線分の端点との間の距離が、前記有効作業範囲内であるか否かを用いて、前記クラスタリングを行うことができる。これにより、作業機構が同一の作業位置において作業可能な、線分で表される作業対象位置を抽出することができる。

【0010】

上記の発明の作業位置解析装置において、前記作業機構は、床面に対する作業を行うための床面作業部を含んで構成され、前記作業のための駆動機構は、前記床面作業部を移動させることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、作業機構が同一の作業位置において作業可能な作業対象位置を抽出することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る作業システムの構成の一例を示す図である。

【図2】本発明の実施形態の作業システムの制御系の機能的な構成例を示す図である。

【図3】レーザ装置の構成の一例を示す図である。

【図4】床面作業ロボットの構成の一例を示す図である。

【図5】本発明の実施形態の作業システムの作業位置解析装置のハードウェア構成例を示す図である。

【図6】アンカーボルトの取り付け位置の表記を示す図である。

【図7】間仕切り壁の表記を示す図である。

【図8】長い直線を分割する方法を説明するための図である。

【図9】（ａ）線分データの例を示す図、及び（ｂ）分割後の線分データの例を示す図である。

【図10】本発明の実施形態の作業システムの作業位置解析装置の機能的な構成例を示す図である。

【図11】有効作業範囲内の複数の作業対象線分を描画する従来手法を説明するための図である。

【図12】（ａ）幾何中心の例を示す図、及び（ｂ）最小包囲円の中心の例を示す図である。

【図13】作業位置解析装置による作業位置解析処理を示すフローチャートである。

【図14】作業対象線分をクラスタリングする処理を示すフローチャートである。

【図15】（ａ）作業対象線分の部分集合を探索する方法を説明するための図、及び（ｂ）基準線分と比較線分との距離を説明するための図である。

【図16】作業対象線分のクラスタリング結果の一例を示す図である。

【図17】（ａ）作業対象位置が曲線で表される例を示す図、（ｂ）作業対象位置が円で表される例を示す図、及び（ｃ）作業対象位置が文字列で表される例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

【0014】

＜本実施形態の概要＞
建設現場において、床面に対する墨出し、穴あけ、ピン打ち作業に対する効率化および自動化のニーズは大きい。本実施形態の目的は、ロボットを用いた床面への墨出し・穴あけ・ピン打ちといった床面に対する建設作業の自動化において、作業位置を適切に設定することで作業に要する時間を短縮することにある。

【0015】

作業時間は歩掛と密接に関係し、短いほど建設作業を効率化することができる。またこれらのロボットの多くは、バッテリを搭載し動作するため、作業時間が短ければ、バッテリの小型化も可能となり、装置の可搬性、経済性を高めることが期待できる。

【0016】

＜作業システムの構成＞
図１は、本実施形態に係る作業システム１０の構成の一例を示す図である。図１に示されるように、作業システム１０は、測距用レーザ光を目標位置へ向けて照射するレーザ装置１２と、位置決めされた位置において床面に対する作業を行う床面作業ロボット１４と、作業対象線分の集合から作業位置を決定する作業位置解析装置１００とを含む。本実施形態では、床面作業ロボット１４が、建設現場の床面に対して墨出しを行う場合を例に説明する。

【0017】

また、図２に、作業システム１０の制御系の構成の一例を示す。図２に示されるように、作業システム１０のレーザ装置１２の制御系は、機能的には、レーザ制御部１２Ａと、通信部１２Ｂとを備えている。また、図２に示されるように、作業システム１０の床面作業ロボット１４の制御系は、ロボット制御機器１４Ａと、カメラ１４Ｂと、移動駆動用モータ１４Ｃと、作業駆動用モータ１４Ｄと、通信部１５とを備えている。

【0018】

（レーザ装置）
レーザ装置１２のレーザ制御部１２Ａは、測距用レーザ光を目標位置へ向けて照射する。通信部１２Ｂは、床面作業ロボット１４との間で情報のやり取りをする。

【0019】

レーザ装置１２は、例えば、図３に示されるように、３次元レーザ測量機によって実現される。３次元レーザ測量機であるレーザ装置１２は、レーザ制御部１２Ａから出力された制御信号に応じて、出力口１２Ｘから測距用レーザを出力する。測距用レーザは、制御信号によって指定された方位に対して照射され、床面と略平行に照射される。また、レーザ装置１２は、測距用レーザが照射された対象物までの水平距離を測定する。

【0020】

レーザ装置１２は、図３に示されるように、Ｚ軸まわり（方位方向）に回転する。レーザ装置１２は、床面に対して水平な軸と垂直な軸を中心軸として回転する２組のモータ（図示省略）を備えており、指定した任意の方向へ向けて測距用レーザを照射することができる。

【0021】

（床面作業ロボット）
図４は、床面作業ロボット１４の構成の一例を示す図である。床面作業ロボット１４は、図４に示されるように、ロボット制御機器１４Ａ、カメラ１４Ｂ、移動機構１６、移動機構１６を駆動させるための移動駆動用モータ１４Ｃ、ペン描画装置１８、ペン描画装置１８を移動させるための作業駆動用モータ１４Ｄ、支持フレーム２０、及び光拡散板２２を備える。なお、図４の下段の図は、図４の上段の図におけるＸ－Ｘ’面の断面図である。移動機構１６、移動駆動用モータ１４Ｃ、ペン描画装置１８、及び作業駆動用モータ１４Ｄは、作業機構の一例である。また、移動駆動用モータ１４Ｃは、移動のための駆動機構の一例であり、作業駆動用モータ１４Ｄは、作業のための駆動機構の一例である。

【0022】

本実施形態の移動機構１６は、図４に示されるように、独立２輪駆動機構である。

【0023】

移動駆動用モータ１４Ｃは、ロボット制御機器１４Ａの制御に応じて動力を出力する。移動駆動用モータ１４Ｃから出力された動力に応じて移動機構１６が駆動する。

【0024】

ペン描画装置１８は、支持フレーム２０に設置されている。また、ペン描画装置１８は、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａと、ペンホルダー１８Ｂと、ペン１８Ｃとを備えている。ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃは、本発明の床面に対する作業を行うための床面作業部の一例である。

【0025】

ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａは、床面作業ロボット１４の座標系を表すロボット座標系のＸ_Ｒ軸及びＹ_Ｒ軸方向に移動可能なように構成されている。

【0026】

ペンホルダー１８Ｂには、ペン１８Ｃを鉛直方向に上下させるペン上げ下げ機構（図示省略）が備えられている。ペンホルダー１８Ｂは、任意の位置でペン先を床面に押し付けることができ、建設現場の床面に墨出しをすることができる。したがって、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａとペンホルダー１８Ｂのペン上げ下げ機構（図示省略）とを制御することにより、床面に任意の文字や図形を描くことができる。

【0027】

作業駆動用モータ１４Ｄは、ロボット制御機器１４Ａの制御に応じて動力を出力する。作業駆動用モータ１４Ｄから出力された動力に応じて、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａが移動し、ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃが所定の位置となる。

【0028】

光拡散板２２は、図４に示されるように、ペンホルダー１８Ｂの上部に配置される。また、光拡散板２２は、床面に対して略垂直であって、かつ光拡散板２２の平面がロボット座標系のＸ_Ｒ軸に一致又は平行であるように配置される。また、図４に示されるように、光拡散板２２の中心軸はペン１８Ｃの中心軸と略一致するように配置されている。

【0029】

なお、ペン描画装置１８と光拡散板２２とカメラ１４Ｂとは一体となっており、一体として移動可能な構成となっている。具体的には、作業駆動用モータ１４Ｄから出力された動力に応じて、ペン描画装置１８と光拡散板２２とカメラ１４Ｂとが移動する。

【0030】

カメラ１４Ｂは、ペンホルダー１８Ｂの上部に配置される。また、カメラ１４Ｂは、光拡散板２２に対向するように配置される。そして、カメラ１４Ｂは、図４に示されるＤ方向から、光拡散板２２の画像を撮像する。ペン描画装置１８及び光拡散板２２は、本発明の作業機構の一例である。

【0031】

通信部１５は、無線通信により、作業位置解析装置１００との間で情報の送受信を行う。

【0032】

ロボット制御機器１４Ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、記憶手段としてのメモリ、及びネットワークインタフェース等を含んで構成されている。ロボット制御機器１４Ａは、例えば半導体集積回路、より詳しくはＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（ＡＳＩＣ）等によって構成されてもよい。ロボット制御機器１４Ａは、図２に示されるように、機能的には、ロボット制御部１４０と、目標位置記憶部１４１と、ロボット通信部１４２と、移動経路決定部１４４とを備えている。

【0033】

本実施形態では、複数の目標位置が存在する場合に、複数の目標位置の各々へ床面作業ロボット１４を移動させる際に、移動に要する時間と旋回するのに要する時間とを考慮して、複数の目標位置の各々の間の移動経路を決定する。

【0034】

ロボット制御部１４０は、カメラ１４Ｂ、移動駆動用モータ１４Ｃ、及び作業駆動用モータ１４Ｄを制御する。また、目標位置記憶部１４１には、建設現場の床面に対する墨出しの目標位置に関する位置情報が格納されている。また、ロボット通信部１４２は、レーザ装置１２との間で情報のやり取りをする。

【0035】

ロボット制御部１４０は、目標位置に関する位置情報を、目標位置記憶部１４１から読み出し、移動経路決定部１４４によって決定された移動経路に沿って、床面作業ロボット１４を複数の目標位置へ移動させるように移動駆動用モータ１４Ｃを制御する。なお、目標位置は複数存在するため、ロボット制御部１４０は、１つの目標位置に対する墨出しが完了すると、決定された移動経路に沿って、次の目標位置を目標位置記憶部１４１から読み出し、床面作業ロボット１４を次の目標位置へ移動させるように、移動駆動用モータ１４Ｃを制御する。

【0036】

また、ロボット制御部１４０は、カメラ１４Ｂを制御し、光拡散板２２に写ったレーザ光を撮像するとともに、レーザ光の位置を検出する。また、ロボット制御部１４０は、移動駆動モータ用１４Ｃを制御し、床面作業ロボット１４の移動機構１６を駆動させる。

【0037】

また、ロボット制御部１４０は、カメラ１４Ｂによって撮像された光拡散板２２の画像に応じて、作業駆動用モータ１４Ｄを制御し、ロボット座標系のＸ_Ｒ軸及びＹ_Ｒ軸において、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａを所定の方向へ移動させることにより、ペン１８Ｃを目標位置へ移動させる。なお、ペン１８Ｃを目標位置へ移動させる際には、ロボット制御部１４０は、光拡散板２２とカメラ１４Ｂとの間の位置関係を保ちながら、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａ及びペンホルダー１８Ｂの位置を制御する。

【0038】

（作業位置解析装置）
図５は、本実施形態の作業位置解析装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。

【0039】

図５に示すように、作業位置解析装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１１３、ストレージ１１４、入力部１１５、表示部１１６及び通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１１７を有する。各構成は、バス１１９を介して相互に通信可能に接続されている。

【0040】

ＣＰＵ１１１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１２又はストレージ１１４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１１３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１２又はストレージ１１４に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ１１２又はストレージ１１４には、作業位置を解析する作業位置解析プログラムが格納されている。作業解析プログラムは、１つのプログラムであっても良いし、複数のプログラム又はモジュールで構成されるプログラム群であっても良い。

【0041】

ＲＯＭ１１２は、各種プログラム及び各種データを格納する。ＲＡＭ１１３は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ１１４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。

【0042】

入力部１１５は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。

【0043】

入力部１１５は、以下に説明する、複数の作業対象線分を表す作業データの入力を受け付ける。

【0044】

多くの墨出し作業は、現在では人手により行われているが、建物設計者がＣＡＤを用いて作成した建築用図面を紙にプリントアウトし、建設技能工がそれを見ながら建築現場の床面に墨出しを行っている。そのため建築用ＣＡＤデータに基づいて、床面作業ロボット１４用作業データを作成する必要がある。建築用ＣＡＤデータ上の線分データは始点と終点で定義される。アンカーボルトの取付位置の表記は、図６に示すような線分データの組み合わせにより表現され、間仕切り壁の位置の表記は、図７に示すように線分データの組み合わせにより表現される。図６では、始点（ｘｓ１、ｙｓ１）と終点（ｘｅ１、ｙｅ１）とを結んだ線分と、始点（ｘｓ２、ｙｓ２）と終点（ｘｅ２、ｙｅ２）とを結んだ線分とにより、アンカーボルトの取付位置を表す例を示している。図７では、始点（ｘｓ３、ｙｓ３）と終点（ｘｅ３、ｙｅ３）とを結んだ線分と、始点（ｘｓ４、ｙｓ４）と終点（ｘｅ４、ｙｅ４）とを結んだ線分と、始点（ｘｓ５、ｙｓ５）と終点（ｘｅ５、ｙｅ５）とを結んだ線分と、始点（ｘｓ６、ｙｓ６）と終点（ｘｅ６、ｙｅ６）とを結んだ線分とにより、間仕切り壁の位置を表す例を示している。

【0045】

描画図形の大きさはペン描画装置１８の有効作業範囲内に限られる。そのため間仕切り壁等を表す長い線分データは、両端部と両端部を除いた部分を等間隔で分割した短い作業対象線分の集合に変換することがある。図８では、１８００ｍｍの線分データを、両端部１００ｍｍの作業対象線分と、残りの部分を４００ｍｍ間隔で分割した１００ｍｍの作業対象線分に分割した例を示している。

【0046】

本実施の形態では、入力部１１５は、上記の各作業対象線分の始点と終点をそれぞれペン描画の開始点、終了点とし、複数の作業対象線分からなる作業データの入力を受け付ける。図９（ａ）は実際の建築図面における間仕切り壁部分を示している。図９（ｂ）は、このデータに対して上記データ変換を行って得られた作業対象線分の集合の例を示したものであり、壁を表す長い線分が分割されていることを確認できる。

【0047】

表示部１１６は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部１１６は、タッチパネル方式を採用して、入力部１１５として機能しても良い。

【0048】

通信インタフェース１１７は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。

【0049】

次に、作業位置解析装置１００の機能構成について説明する。図１０は、作業位置解析装置１００の機能構成の例を示すブロック図である。

【0050】

図１０に示すように、作業位置解析装置１００は、機能構成として、取得部１０２、クラスタリング部１０４、及び作業位置計算部１０６を有する。各機能構成は、ＣＰＵ１１１がＲＯＭ１１２又はストレージ１１４に記憶された作業位置解析プログラムを読み出し、ＲＡＭ１１３に展開して実行することにより実現される。

【0051】

取得部１０２は、入力部１１５により受け付けた、複数の作業対象線分を表す作業データを取得する。

【0052】

取得した作業データに基づき、床面作業ロボット１４を用いて作業を行うと作業効率が悪い。例えば、図１１では、２つの線分Ａ、Ｂがペン描画装置１８の有効作業範囲内に含まれている。従来手法では、図１１（ａ）に示すように、床面作業ロボット１４は線分Ａの中点まで移動して線分Ａを描画後、図１１（ｂ）に示すように、わざわざ線分Ｂの中点まで移動した後に線分Ｂを描画することになる。そこで、本実施の形態では、ペン描画装置１８の有効作業範囲にある作業対象線分を、同一の作業位置において描画できるようにクラスタリングすることで、作業効率を上げることができる。

【0053】

クラスタリング部１０４は、作業のための駆動機構の駆動により作業可能な作業対象線分の範囲である有効作業範囲を用いて、複数の作業対象線分のクラスタリングを行って、作業機構が同一の作業位置において作業可能な作業対象線分からなるクラスタを抽出する。具体的には、クラスタリング部１０４は、作業対象線分の端点と他の作業対象線分の端点との間の距離が、ペン描画装置１８の有効作業範囲内であるか否かを用いて、作業データが表す複数の作業対象線分のクラスタリングを行う。

【0054】

床面作業ロボット１４の移動先を表す作業位置を各クラスタに含まれる作業対象線分の始点、終点の幾何中心とするのが最も単純な方法であるが、これは適切でない。図１２（ａ）に示すように、作業対象線分が一方に偏っている場合、幾何中心も偏っている方向に引っ張られ、一部の作業対象線分の始点や終点が幾何中心から離れた位置関係となる。床面作業ロボット１４はペン描画装置１８の中心が作業位置に一致するように移動した後、ペン描画装置１８による描画を行う。幾何中心から離れた位置の始点及び終点については、ペン移動量が大きくなる。床面作業ロボット１４が作業位置へ移動する際の移動誤差が大きくなった場合、描画図形がペン描画装置１８の有効作業範囲内を越えてしまう状況が考えられる。このような場合、再度作業位置まで床面作業ロボット１４を移動させれば良いが作業効率は悪化する。各クラスタに含まれる作業対象線分の始点、終点から作業位置までの距離は小さい方が望ましい。

【0055】

そこで、本実施の形態においては、作業位置を各クラスタの始点、終点の最小包囲円の中心とする。最小包囲円とは２次元平面の中に座標既知の複数の点があり、これらの点をすべて含む半径が最小の円のことである。このようにすることで、図１２（ｂ）に示すように、幾何中心とした場合に比べてペン移動量を小さくすることができる。最小包囲円の中心位置は、例えば参考文献（石畑：“点の集合を包含する球”，情報処理，ｖｏｌ．４３，ｎｏ．９，ｐｐ．１００９－１０１５，２００２．）に示されている空間分割法により近似的に算出することができる。

【0056】

表１には、後述する図１６（ａ）に示したクラスタリング結果を表すデータ（クラスタ数１７６）に対して、作業位置を幾何中心とした場合と、最小包囲円中心とした場合の、各クラスタにおけるペン描画装置１８のペン移動量の最大値についてまとめている。最小包囲円中心とした方が、平均値、最大値ともに小さい値となっている。これは床面作業ロボット１４の移動による誤差が発生してもクラスタ内の線分がペン描画装置１８の有効作業範囲内に含まれやすくなることを意味し、作業位置として適切であるとことが分かる。

【0057】

【表1】

【0058】

作業位置計算部１０６は、クラスタリング部１０４によって抽出されたクラスタ毎に、床面作業ロボット１４の作業位置を計算する。具体的には、作業位置計算部１０６は、クラスタに含まれるすべての作業対象線分を囲む最小包囲円の中心に対応する位置を、床面作業ロボット１４の作業位置として計算する。

【0059】

作業位置計算部１０６は、通信インタフェース１１７を介して、求めた複数の作業位置を表す作業位置データ、及び複数の作業対象線分からなる作業データを、通信部（図示省略）へ出力し、床面作業ロボット１４へ送信させる。床面作業ロボット１４は、作業位置データ及び作業データを受信すると、作業位置データの当該複数の作業位置が、目標位置とされる。

【0060】

（作業システム１０の作用）
次に、本実施形態における作業システム１０の作業位置解析装置１００による作業位置の計算方法の概要について説明する。

【0061】

次に、図１３を参照して、作業位置解析装置１００の作用の詳細を説明する。

【0062】

建築用ＣＡＤデータから得られた複数の作業対象線分を表す作業データが、作業位置解析装置１００に入力されると、作業位置解析装置１００は、図１３に示す作業位置解析処理を実行する。

【0063】

まず、ステップＳ１００において、取得部１０２は、入力部１１５により受け付けた、複数の作業対象線分を表す作業データを取得する。

【0064】

ステップＳ１０２において、クラスタリング部１０４は、ペン描画装置１８の有効作業範囲を用いて、複数の作業対象線分のクラスタリングを行って、作業機構が同一の作業位置において作業可能な作業対象線分からなるクラスタを抽出する。

【0065】

ステップＳ１０４において、作業位置計算部１０６は、クラスタリング部１０４によって抽出されたクラスタ毎に、床面作業ロボット１４の作業位置を計算する。

【0066】

ステップＳ１０６において、作業位置計算部１０６は、通信インタフェース１１７を介して、求めた複数の作業位置を、通信部（図示省略）へ出力し、床面作業ロボット１４へ送信させる。

【0067】

上記ステップＳ１０２は、以下の処理ルーチンによって実現される。

【0068】

まず、ステップＳ１１０において、作業対象線分からなる線分集合Ｐに含まれる任意の作業対象線分を選択し基準線分とする。

【0069】

ステップＳ１１２において、図１５（ａ）に示すように、基準線分の始点を中心とした半径ｒ_ｔｈの円に包含される始点を持つ作業対象線分の部分集合を探索する。図１５（ａ）では、基準線分に対して、２つの作業対象線分からなる部分集合が探索された例を示している。なお本探索にはＫｄ木を用いた探索法が有効である。

【0070】

ステップＳ１１４において、図１５（ｂ）に示すように、上記ステップＳ１１２で得られた部分集合から基準線分とは別の比較線分を選択し、基準線分の始点と比較線分の始点との間の距離、基準線分の始点と比較線分の終点との間の距離、基準線分の終点と比較線分の始点との間の距離、及び基準線分の終点と比較線分の終点との間の距離をすべて算出し、いずれか一つでも距離が閾値ｄ_ｔｈを越えた場合は、比較線分を部分集合から除外する。図１５（ｂ）では、始点Ｓ１と終点Ｅ１とを結んだ基準線分の始点Ｓ１と、始点Ｓ３と終点Ｅ３とを結んだ比較線分の始点Ｓ３との間の距離ｄ_{Ｓ１，Ｓ３}、基準線分Ｓ１の始点と比較線分の終点Ｅ３との間の距離ｄ_{Ｓ１，Ｅ３}、基準線分の終点Ｅ１と比較線分の始点Ｓ３との間の距離ｄ_{Ｅ１，Ｓ３}、及び基準線分の終点Ｅ１と比較線分の終点Ｅ３との間の距離ｄ_{Ｅ１，Ｅ３}を算出する例を示している。

【0071】

そして、部分集合において比較線分を変えて、基準線分を除く全ての比較線分に対して、ステップＳ１１４の処理を繰り返す。

【0072】

ステップＳ１１６において、部分集合から除外されずに残った作業対象線分からなるクラスタを生成し、当該クラスタに属する作業対象線分を線分集合Ｐから除外する。

【0073】

ステップＳ１１８では、線分集合Ｐが空集合であるか否かを判定する。線分集合Ｐが空集合である場合には、当該処理ルーチンを終了する。一方、線分集合Ｐが空集合でない場合には、上記ステップＳ１１０へ戻り、上記ステップＳ１１０～ステップＳ１１６の処理を繰り返す。

【0074】

上記の処理ルーチンでは、ステップＳ１１０、Ｓ１１２において基準線分に着目し、基準線分の始点から距離ｒ_ｔｈ以内に始点を持つ線分を同一クラスタとしてまとめた後、ステップＳ１１４、Ｓ１１６において基準線分の始点、終点との距離が閾値ｄ_ｔｈよりも大きくなる始点もしくは終点を有する他の線分を除外している。これは床面作業ロボット１４のペン描画装置１８の有効作業範囲を越える線分を除外する処理に相当する。なお距離ｒ_ｔｈおよび閾値ｄ_ｔｈは、ペン描画装置１８の有効作業範囲から決定する。図１６（ａ）は、上記図９で示した作業データに対し、ｒ_ｔｈ＝ｄ_ｔｈ＝１５０ｍｍとして上記処理ルーチンによりクラスタリングした結果であり、同一のクラスタに属する線分を丸で囲んでいる。図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＰａｒｔ Ａ部分を拡大したものであり、複数の作業対象線分が１つのクラスタに纏められていることを確認できる。元データの墨出し箇所数（線分数に等しい）は２９５個であったが、クラスタリングにより１７６個（クラスタ数に等しい）まで削減されている。

【0075】

クラスタリングを行うことで、作業対象線分間の移動回数が少なくなり作業効率が改善する。

【0076】

次に、床面作業ロボット１４の通信部１５が、複数の作業対象線分からなる作業データ、及び複数の作業位置を表す作業位置データを受信すると、ロボット制御機器１４Ａは、複数の作業位置を、目標位置として、複数の目標位置の各々へ床面作業ロボット１４を移動させる際に、移動に要する時間と旋回するのに要する時間とを考慮して、複数の目標位置の各々の間の移動経路を決定する。

【0077】

また、本実施形態における作業システム１０による床面作業ロボット１４の動作の概要は、特願２０１８－２３７６８６に記載の床面作業ロボットの動作と同様であるため、説明を省略する。

【0078】

また、レーザ装置１２と床面作業ロボット１４との動作の流れ及び信号のやりとりに関しては、特願２０１８－２３７６８６に記載の動作の流れ及び信号のやりとりと同様であるため、説明を省略する。

【0079】

以上説明したように、本発明の実施形態では、作業のための駆動機構を備えた床面作業ロボットについての、複数の作業対象線分を表す作業データに対して、ペン描画装置の有効作業範囲を用いてクラスタリングを行って、床面作業ロボットが同一の作業位置において作業可能な作業対象線分からなるクラスタを抽出することにより、床面作業ロボットが同一の作業位置において作業可能な作業対象線分を抽出することができ、作業効率を向上させることができる。更に、クラスタに含まれるすべての作業対象線分を囲む最小包囲円の中心に対応する位置を、床面作業ロボットの作業位置として計算することにより、作業効率を更に向上させることができる。

【0080】

また、実際の建築図面を基にしたテストデータに、上記の実施形態で示したクラスタリング手法を適用したところ、元の墨出し箇所数２９５箇所（線分データ数と等しい）を１７６箇所（クラスタ数と等しい）にまで削減することができた。墨出し箇所数の削減はそのまま床面作業ロボット１４の移動回数の削減に直結する。また、上記の実施形態で示した作業位置の計算方法を適用したところ、各クラスタにおける作業位置からのペン移動量の最大値を短くすることができた。床面作業ロボットは、作業位置まで移動してペン描画装置により床面に描画する．床面作業ロボットの移動誤差によりクラスタ内の線分がペン描画装置の有効作業範囲外になった場合、再度、床面作業ロボットを作業位置まで移動させる必要があるため作業効率が下がる。作業位置からのペン移動量を短くすることで、移動誤差が発生してもクラスタ内の線分がペン描画装置１８の有効作業範囲内に含まれやすくなり、余計な再移動が発生しにくくなる。

【0081】

本発明の実施形態で示した作業位置の計算方法を適用して生成した作業位置データに従って作業することにより作業効率は改善する。生成した作業位置データに、特願２０１９－２３６４０６の移動経路決定装置を適用することで、更なる作業効率の改善が可能となる。

【0082】

＜変形例＞
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

【0083】

例えば、上記実施形態では、作業対象位置が全て線分で定義されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の線分を組み合わせてブロック化して定義された図形、曲線、円、又は文字列で定義されていてもよい。作業対象位置が、複数の線分を組み合わせてブロック化して定義された図形で表される場合にはブロック化を解除して、複数の線分に分解してから、上記の実施形態と同様の処理をすればよい。曲線、円、又は文字列で表されている場合には、図１８（ａ）～（ｃ）に示すように，それぞれの図形を包含する長方形を求め、長方形の４辺を線分として４つの始点と４つの終点を設定してから、上記の実施形態と同様の本手法を適用すれば良い。

【0084】

また、作業対象位置が、点又は領域で表されていてもよい。

【0085】

また、作業システムの構成が、図１及び図２に示されるような場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ロボット制御機器１４Ａは、床面作業ロボット１４に搭載せずに、外部装置として構成するようにしてもよい。また、目標位置記憶部１４１及びレーザ制御部１２Ａに関しても、それぞれ、床面作業ロボット１４及びレーザ装置１２に搭載せずに、外部装置として構成するようにしてもよい。この場合には、レーザ装置１２及び床面作業ロボット１４は、外部装置との間の通信処理によって制御が行われる。

【0086】

また、上記各実施形態においては、床面作業部がペン描画装置１８である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。別の作業に対しても作業機構の有効作業範囲を考慮することで同様に適用可能である。例えば、ペン描画装置１８を、床面への削孔装置又は床面へのピン打ち装置に変更するようにしてもよい。これにより、床面の穴あけ又はピン打ちを行うことができる。

【0087】

また、上記各実施形態においては、作業位置解析装置１０を外部装置として構成する形態としたが、床面作業ロボット１４に搭載してもよい。この場合には、有線信号によりロボット制御部１４０へ計算結果を出力する。

【0088】

また、上記ではプログラムが記憶部（図示省略）に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ及びマイクロＳＤカード等の記録媒体の何れかに記録されている形態で提供することも可能である。

【符号の説明】

【0089】

１０ 作業システム
１４ 床面作業ロボット
１４Ａ ロボット制御機器
１４Ｂ カメラ
１４Ｃ 移動駆動モータ
１４Ｄ 駆動モータ
１５ 通信部
１６ 移動機構
１８ ペン描画装置
１００ 作業位置解析装置
１０２ 取得部
１０４ クラスタリング部
１０６ 作業位置計算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】