CN108177162A - 移动机器人的干扰区域设定装置 - Google Patents

移动机器人的干扰区域设定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种移动机器人的干扰区域设定装置。以廉价且少的时间来设定移动机器人在坐标系上与障碍物之间的干扰区域。干扰区域设定装置具备：形状模型存储部，其将位于移动机器人的作业区域内的障碍物在基准坐标系上的形状、位置以及姿势作为障碍物形状模型来存储；位置姿势计算部，其分析通过摄像装置拍摄到的位于作业区域内的固定位置的形状特征物的图像，并计算在机器人坐标系中的基准坐标系的位置以及姿势；以及干扰区域设定部，其根据在机器人坐标系中的基准坐标系的位置姿势和所存储的障碍物形状模型来设定机器人坐标系中存在障碍物的区域即干扰区域。

Description

移动机器人的干扰区域设定装置
技术领域
本发明涉及一种对移动机器人设定干扰区域的干扰区域设定装置。
背景技术
已知一种技术，在使用被装载到能够移动的平板车上的机器人或具备了自走机构的机器人(所谓移动机器人)时，检测该机器人的作业环境的位置并进行作业。作为与此相关的现有技术，日本特开2010-162635号公报中记载一种修正自走式机器人的位置以及姿势的方法，该自走式机器人具有能够自走的行驶部和搭载在该行驶部上的机器人臂部，该修正方法具备以下工序：在行驶路径上的预定位置控制上述行驶部的动作，使得检测来自上述行驶部的设定的位置以及姿势的误差作为第一误差，并修正该第一误差；以及在上述机器人臂部针对作业对象物进行作业的上述行驶路径上的预定作业位置控制上述机器人臂部的动作，使得检测来自上述机器人臂部的设定的位置以及姿势的误差作为第二误差，并修正该第二误差。
另一方面，也提出以下技术，即当在移动机器人能够到达的作业区域内存在外围设备等障碍物时，判断有无该障碍物与移动机器人之间的干扰。例如日本特公平08-005028号公报中记载一种移动体的碰撞判定方法，通过多个物体要素使移动体与障碍物各自的形状近似，对物体要素之间分别进行干扰检查来判定上述移动体与上述障碍物之间有无碰撞，该移动体的碰撞判定方法在通过进行干扰检查的此次的上述移动体的位置/姿势来判定该移动体与上述障碍物之间的碰撞时，通过由上次的上述移动体的位置/姿势得到的碰撞判定结果和至少包括距离的碰撞判定所需要的数据来按照碰撞可能性从高到低的顺序组合各自的物体要素，决定干扰检查的执行步骤。
另外，日本特开2005-081445号公报中记载了机器人的干扰区域确认装置，该装置具备：存储机器人的臂的形状模型的单元；占有区域计算单元，其在根据赋予上述机器人的位置姿势信息和上述机器人的臂的形状模型，上述机器人的臂采取与上述位置姿势信息对应的位置姿势时，求出该机器人的臂所占有的区域；交付单元，其根据从机器人动作程序读入的移动指令来逐次求出上述机器人的臂与应该采取的位置姿势对应的位置姿势信息，交付给上述占有区域计算单元；存储单元，其将此次从上述占有区域计算单元获取的占有区域与上次更新存储后的总占有区域汇总相加后作为新的总占有区域而更新存储；以及显示单元，其具有显示存储在上述存储单元中的总占有区域的功能。
进一步，日本特开2016-078184号公报中记载了机器人的干扰区域设定装置，该装置具备：3D照相机，其通过拍摄机器人的周围来取得包括距离信息与颜色信息的上述机器人的周围区域的照相机图像；3D地图生成部，其生成3D地图，该3D地图由根据上述照相机图像等间隔地配置在上述机器人周围的三位空间内的多个点序列组成，每个上述点序列具有上述照相机图像所包括的上述颜色信息；颜色设定部，其设定上述机器人以及上述机器人的周围障碍物的至少一个的颜色，即能够区别上述机器人和上述障碍物的颜色；颜色检索部，其从由上述3D地图生成部生成的上述3D地图来检索具有与上述颜色设定部所设定的颜色对应的颜色信息的点序列；以及干扰区域设定部，其根据上述颜色检索部检索出的上述点序列的位置数据即通过上述照相机图像的上述距离信息得到的位置数据来设定干扰区域。
作为用于求出移动机器人与障碍物之间的干扰区域的手段，举出将该障碍物的形状模型与在机器人坐标系上的位置关联地进行设定/记录的作业，但是在使移动机器人移动时，需要重新设定针对移动后的机器人的障碍物的形状模型的位置。在手动进行该设定时，每次使机器人移动时花费相当的时间，缺少移动机器人的便利性。另一方面，虽然使用3D照相机能够自动进行上述设定，但是3D照相机(特别是也能够检测出对象物的颜色信息的3D彩色照相机)昂贵，在成本方面不利。
发明内容
本公开的一个方式为干扰区域设定装置，针对移动机器人设定干扰区域，该移动机器人具备能够移动的行驶部、被装载到该行驶部上的机器人机构部以及构成为取得该机器人机构部的周围的图像的摄像装置，上述干扰区域设定装置具备：形状模型存储部，其将位于上述移动机器人的作业区域内的障碍物在成为上述作业区域基准的基准坐标系上的形状、位置以及姿势作为障碍物形状模型来存储；位置姿势计算部，其分析通过上述摄像装置拍摄到的位于上述作业区域内的固定位置的形状特征物的图像，并计算成为上述移动机器人的基准的机器人坐标系中的上述基准坐标系的位置以及姿势；以及干扰区域设定部，其根据在上述机器人坐标系中的上述基准坐标系的位置姿势和上述障碍物形状模型来设定上述机器人坐标系中存在障碍物的区域即干扰区域。
附图说明
通过参照附图说明以下优选的实施方式，能够进一步明确本发明的上述或其它目的、特征以及优点。
图1是表示本发明的优选实施方式的能够适用干扰区域设定装置的系统一例的图。
图2是本发明的优选实施方式的干扰区域设定装置的功能框图。
图3是说明图2的干扰区域设定装置的显示功能的一例的图。
具体实施方式
图1是表示作为能够通过本发明的优选实施方式的干扰区域设定装置设定干扰区域的系统的一例的加工系统10的概略结构的图。加工系统10包括移动机器人12、机床14以及工件供给台16，移动机器人12具有能够相对于设置面18移动的行驶部20、装载到行驶部20上的机器人机构部(机器人臂)22、取得机器人机构部22的周围图像而构成的摄像装置24。
行驶部22例如是平板车，可以是具备驱动源的自走式平板车，也可以是通过人(作业者)的按压而行驶的平板车。机器人机构部22例如是具有多个轴的多关节机器人，图示例中的摄像装置24是安装在机器人的可动部(机器人臂的前端或机器人手26)或行驶部20上的照相机。另外，照相机可以是三维照相机或二维照相机的任意一个，但是拍摄周围的二维图像(特别是二维的黑白图像)的二维照相机在成本方面是有利的。另外，移动机器人12的动作能够通过机器人控制装置28来控制。另外，机器人控制装置28也可以通过无线或有线与用于作业者进行机器人12的示教等操作的示教操作盘30连接。
作为一例，机床14具有罩32、通过罩32划定的加工室34以及设置在罩32的局部的可开关的门36，对经由门36运送到加工室34内的加工对象物(工件)38进行预定的加工。移动机器人12构成为，行驶到工件供给台16的附近并通过机械手等握持被放置到工件供给台16上的未加工的工件38，之后行驶到机床14的附近，并能够将所握持的工件配置在加工室34的预定位置。移动机器人12进一步从加工室34取出加工完的工件，并运送到预定的运送目的地。
在系统10中，若移动机器人12行驶或机器人机构部(机器人臂)22动作，则会有位于移动机器人12的作业区域内的机床12、工件供给台16或未图示的柱子和构造物等(也将这些总称为障碍物)与移动机器人12进行干扰的情况。例如，当在机床14的门36打开时，机器人12进入机床14的内部(加工室34)进行作业时，担心机器人12会干扰门36或罩32。因此本实施方式中，针对移动机器人12(的机器人控制装置28)设定存在障碍物的区域即干扰区域，控制机器人12的动作使得机器人12不会进入该干扰区域内。另外，移动机器人12的作业区域表示移动机器人12的至少局部能够到达的最大空间区域，例如能够根据行驶部20的最大行驶范围以及机器人机构部22的最大动作范围来决定。
以下，详细说明干扰区域的设定。图2是本实施方式的干扰区域设定装置40的功能框图，这里表示以处理器或存储器等方式组装到机器人控制装置28内的例子。但是，干扰区域设定装置40最好也能够作为与个人计算机等机器人控制装置28不同的装置，此时该装置与机器人控制装置28能够通过有线或无线进行通信。
干扰区域设定装置40具备：形状模型存储部44，其将位于移动机器人12的作业区域内的障碍物(图示例中为机床14以及工件供给台16)的基准坐标系42上的形状、位置以及姿势作为障碍物形状模型(三维模型)来存储；位置姿势计算部50，其分析通过摄像装置24拍摄到的位于上述作业区域内的固定位置的形状特征物46的图像，并计算机器人坐标系48中的基准坐标系42的位置以及姿势；以及干扰区域设定部52，其根据机器人坐标系48中的基准坐标系42的位置姿势和所存储的障碍物形状模型来设定机器人坐标系48中存在障碍物的区域即干扰区域。
基准坐标系42是成为系统10的作业区域的基准的坐标系，例如是固定在设置面18上的固定坐标系或针对机床14定义的坐标系。另外，设基准坐标系42与机床14或工件供给台16等障碍物之间的位置关系为已知。另一方面，机器人坐标系48是成为移动机器人12的基准的坐标系，例如是固定在行驶部20上或固定在机器人机构部22中相对于行驶部20位置没有变化的部分(旋转腔)上的坐标系。
形状特征物(标记)46是指设置在能够由摄像装置24拍摄的固定位置上的具有固定形状特征的构造物或印刷物，通过由摄像装置24得到的标记46的图像的图像处理，能够计算机器人坐标系48中的标记46的二维位置或三维位置以及姿势。作为标记46能够使用各种标记。另外，设标记46与基准坐标系42之间的位置关系为已知。因此，通过使用了摄像装置24的图像分析能够计算机器人坐标系48中的基准坐标系42的位置以及姿势。这样的计算(坐标转换)本身能够通过公知的方法来进行。另外，在使用多个标记时，在取得各图像后进行坐标转换。
另外，能够通过应该计算出的机器人坐标系48中的标记46的位置是二维还是三维来适当选择/变更标记46的个数和形状。例如，当移动机器人12以及机床14等障碍物的高度不变时，不需要通过摄像求出标记46的高度方向的位置，所以如果设置一个或两个单纯具有圆等的形状的标记，则能够求出与设置面18平行的平面内的机器人坐标系48中的基准坐标系42的二维位置以及姿势。另外，如果有3个标记，则即使在使用了二维照相机的情况下，也能够求出机器人坐标系48中的基准坐标系42的三维位置以及姿势。或者，根据标记形状(例如在圆内配置了图示的相互正交的十字线的形状)，即使一个标记也能够通过其该图像处理来求出机器人坐标系48中的基准坐标系42的三维位置以及姿势。
另一方面，作为障碍物形状模型，形状模型存储部44预先存储位于移动机器人12的作业区域内的障碍物的在基准坐标系42上的形状、位置以及姿势。例如，在机床14上定义基准坐标系42，并将基准坐标系42上的机床14的形状模型存储在存储器等形状模型存储部44中。这里关于形状模型，可以组合长方体等要素来进行定义，也可以通过由多个点序列组成的3D地图来进行定义。
根据这样存储的障碍物形状模型和机器人坐标系48中的基准坐标系42的位置以及姿势，移动机器人12(的机器人控制装置28)能够设定机器人坐标系48中存在障碍物的区域即干扰区域。具体地说，通过对障碍物形状模型进行上述的坐标转换，能够计算出三维的干扰区域。并且机器人控制装置28能够命令移动机器人12进行避开所设定的干扰区域的动作。能够自动进行这种标记46的摄像处理或干扰区域的设定处理，所以当移动机器人12通过行驶部20移动到不同的场所时，也能够在实用面上自动且容易地进行充分精度的干扰区域的设定，在每次移动时能够不需要手动设定干扰区域等麻烦的作业。
图3是说明干扰区域设定装置40的显示命令功能的图。干扰区域设定装置40具有以下功能(显示命令功能)，即在设定了上述干扰区域时，将与干扰区域设定部52所设定的干扰区域(这里为机床14以及工件供给台16的占有区域)在机器人坐标系48中的位置以及姿势相关的信息与移动机器人12一起适当地显示在显示部中。另外，作为显示部，例如能够使用机器人控制装置28的显示器54或示教操作盘30的显示器56(参照图1)，但是当干扰区域设定装置40是与个人计算机等机器人控制装置28不同的装置时，也能够使用该个人计算机等的显示器(未图示)，如果是人(作业者)能够识别的方法，则可以使用任意的显示方法。另外，对于障碍物，也可以只简单地显示其外形(轮廓)。另外，使进行画面显示的信息最好是三维的，但是也可以是二维的信息。
作业者通过上述显示功能能够确认存在能够干扰移动机器人12的障碍物，并且能够将实际的系统10的状态(各个设备的配置)与画面显示的状态进行比较。例如由于将照相机24固定在移动机器人12上的螺栓的松动等，照相机24的位置或姿势偏离了预定的位置或姿势时，即使该偏离是目视难以识别的很微小的偏离，对照相机24的标记46的摄像结果(干扰物的位置检测)会有很大的影响，所以进行画面显示的各个设备的配置会大大偏离实际的配置，在该状态下，如果使机器人运行则可能会产生干扰。因此，作业者能够通过机器人坐标系中的干扰区域的画面显示来知道有无照相机24的位置偏离等与实际系统的设定或构造相关的不良。
另外，干扰区域设定装置40具有以下输出功能，即在新设定了干扰区域时，将“干扰区域被变更了。请确认”等请求人(作业者)确认的消息显示在示教操作盘30的显示器56等适当的显示画面上，或者将上述消息作为声音来输出。此时，人会将实际的移动机器人12和机床14等障碍物之间的位置关系与画面显示的移动机器人12与干扰区域之间的位置关系进行比较，确认系统10的设定中有没有错误或者有没有照相机24的位置偏离等结构上的不良等，如果没有问题，则经由键盘或操作面板等适当的输入单元将表示确认了与干扰区域相关的设定内容的主旨输入给干扰区域设定装置40。
另外，干扰区域设定装置40能够具备动作禁止功能，即在设定干扰区域后到接收该输入的期间，禁止移动机器人12的动作。更具体地说，能够将表示禁止移动机器人12的动作的主旨的命令(信号等)发送给机器人控制装置28，直到有作业者的输入为止。这样，在人确认干扰区域的设定没有问题的期间，能够禁止移动机器人的动作，能够可靠防止机器人根据不正确或不适当的干扰区域进行动作的情况。
根据本公开的一个方式，在实用上，能够以廉价且简单的结构以充分的精度设定使移动机器人移动后的干扰区域。

Claims (4)

1.一种干扰区域设定装置，针对移动机器人设定干扰区域，该移动机器人具备能够移动的行驶部、被装载到该行驶部的机器人机构部以及构成为取得该机器人机构部的周围的图像的摄像装置，其特征在于，
该干扰区域设定装置具备：
形状模型存储部，其将位于上述移动机器人的作业区域内的障碍物在成为上述作业区域的基准的基准坐标系上的形状、位置以及姿势作为障碍物形状模型来存储；
位置姿势计算部，其分析通过上述摄像装置拍摄到的位于上述作业区域内的固定位置的形状特征物的图像，并计算在成为上述移动机器人的基准的机器人坐标系中的上述基准坐标系的位置以及姿势；以及
干扰区域设定部，其根据在上述机器人坐标系中的上述基准坐标系的位置姿势和上述障碍物形状模型来设定上述机器人坐标系中存在障碍物的区域即干扰区域。
2.根据权利要求1所述的干扰区域设定装置，其特征在于，
上述摄像装置是二维照相机。
3.根据权利要求1或2所述的干扰区域设定装置，其特征在于，
该干扰区域设定装置具备：显示与上述干扰区域设定部所设定的干扰区域在上述机器人坐标系中的位置以及姿势相关的信息的显示命令功能。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的干扰区域设定装置，其特征在于，
该干扰区域设定装置具备：从上述干扰区域设定部设定干扰区域后到接收到表示已确认与上述干扰区域相关的设定内容的主旨的输入的期间，禁止上述移动机器人的动作的动作禁止功能。
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