CN110914640B - 用于创建用于工厂环境的对象地图的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在使用存在于工厂环境（100）中的传感器（120、121、122）的情况下创建用于工厂环境（100）的对象地图（130）的方法，其中，从所述工厂环境（100）中的对象（200、210）的至少一部分通过所述传感器（120、121、122）中的至少两个传感器检测关于该部分的位置的信息（125），其中，由所述传感器（120、121、122）检测的信息（125）被传输给配属于所述传感器的服务器（110），并且其中，在使用所述服务器（110）的情况下，基于由所述传感器检测和传输的信息（125）创建用于工厂环境（100）的对象地图（130），所述对象地图具有对象（200、210）的至少一部分的位置。

Description

用于创建用于工厂环境的对象地图的方法
技术领域
本发明涉及一种使用存在于工厂环境中的传感器来创建用于工厂环境、诸如车间的对象地图(Objektkarte)的方法。
背景技术
在现代工厂环境中，像比如在车间或装配车间和类似的环境中，如今越来越多的过程被自动化。为此例如使用机器人和自动化的运输工具。这也在概念“工业4.0”下已知。尽管是自动化的，此外还需要人也在工厂环境中运动并且与在那里存在的设备、即例如机器人工作或协作。
为此，希望获得关于单个对象的位置的尽可能精确的信息，所述单个对象包括特别是自动化的设备，如机器人或运输工具以及人。也应当可以监控部分对象及其位置，例如机器人的手臂或人的剪影。这对于为了实现针对人的无危险的运行而言尤其重要。此外，以这种方式也可以监控工厂中的产品或物料流动。
在此，可以在使用传感器、诸如GPS(但这仅在外部区域)、W-LAN单元、LIDAR、摄像机等的情况下获取对象的精确位置。由CN 104 385 282A已知例如将多个传感器的信息合并。由“C.Ramer,J.Sessner,M.Scholz,X.Zhang and J.Franke,"Fusing low-cost sensordata for localization and mapping of automated guided vehicle fleets inindoor applications(融合低成本传感器数据以在室内应用中对自动引导车队进行定位和制图),"Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems(智能系统的多传感器融合与集成)(MFI),2015IEEE International Conference on,San Diego,CA,2015,pp.65-70”也已知合并不同类型的传感器的信息。然而，在此问题还在于存在的延迟时间。
发明内容
根据本发明，提出一种根据本发明的方法和系统。有利的设计方案是权利要求书以及以下说明的主题。
根据本发明的方法用于在使用存在于工厂环境中的传感器的情况下创建用于工厂环境的对象地图。在此，作为工厂环境特别是考虑车间或装配车间。在此，工厂环境中的对象的至少一部分由所述传感器中的至少两个检测关于该部分的位置的信息。尤其也可以考虑，由所述传感器中的每个传感器来分别检测工厂环境中的至少一个对象(或其部分)。在此，“对象”特别是指自动化设备，如机器人或运输工具，但也可以是人，“部分对象”例如是机器人的手臂或人的剪影。同样地，也可以将其理解为例如在工厂中的产品或材料及其状态。然后，将由传感器检测的信息传输至配属于传感器的服务器，并且在使用服务器的情况下，基于由传感器检测和传输的信息来创建用于工厂环境的对象地图，其具有对象的至少一部分的位置。在此，对象地图尤其可以由服务器、即例如通过适当的在其上运行的软件来创建。为此，这种服务器适宜地具有至少一个处理器、存储器和网络连接。在此，传感器可以优选无线地连接到服务器上。然而，根据传感器的类型，也可考虑电缆连接。作为这种服务器在此尤其考虑所谓的边缘服务器、即非常高效的服务器。在此，该过程优选也可以连续地或至少以一定的时间间隔、特别是基于先前的作为基准的地图信息来重复，即可以更新对象地图。
以这种方式，仅须由单个传感器检测信息、特别是如对象或其一部分的距离且将其传输到服务器。信息的处理于是适宜地仅在服务器中或在服务器上、但至少在使用服务器的情况下进行。这因此能够实现信息的特别快速且有效的处理进而相应地实现对象地图的快速且有效的创建，因为传感器直接与高效的(边缘)服务器连接。此外，现在从对象的至少一部分由所述传感器中的至少两个传感器检测关于该部分在工厂环境中的位置的信息，由此可以至少关于该至少一个对象或其一部分获取特别准确的位置。在此可以考虑，不同的传感器例如可以具有到对象上的不同视角或者不同的传感器可以使用不同类型的距离测量。以这种方式，于是能够实现位置的修正，如其通过传感器中的一个进行获取的那样。为此要注意，也可以对于多个对象种的每一个或其各部分分别由两个或更多个不同的传感器来检测关于其相应位置的信息。因此，总体上可以在工厂环境中创建具有多个对象(可能甚至所有(相关的)对象)或其部分的非常精确的位置的对象地图。
优选地，将对象地图传输给至少一个在工厂环境中存在的装置。在那里，然后例如可以借助于对象地图进行对于装置的控制。
有利地，基于对象地图控制至少一个在工厂环境中存在的装置。在那里然后可以适宜地操控一个致动器(或多个致动器)。为此，尤其可以将对象地图传输到装置上。因此，例如可以考虑基于对象地图来控制机器人，在对象地图中包含人的精确位置。以这种方式，例如可以确保只有当人保持足够的安全间距时，机器人(或其他装置)才被控制或操控。同样，根据人的位置可以确定地或匹配地控制该装置。
特别优选的是，由服务器基于由传感器检测和传输的信息创建用于工厂环境的部分对象地图。然后，由所述传感器中的至少一个另外的传感器(或者也可以是两个或更多个这样的传感器)检测到的信息可以被传输给配属于至少一个另外的传感器的另一服务器。然后，由该另一服务器基于由该至少一个另外的传感器检测和传输的信息来创建用于工厂环境的另一部分对象地图，其中，由该部分对象地图和该另一部分对象地图于是可以创建用于工厂环境的对象地图，该地图对象具有该对象的至少一部分的位置。因此，以这种方式可以将对于对象地图的创建划分到两个或更多个服务器上，所述服务器然后分别仅从传感器的一部分获得信息，以便创建部分对象地图，也就是特别是也仅用于工厂的一部分的对象地图。由此例如可以非常简单地覆盖较大的工厂环境。不言而喻，不仅可以使用总共两个服务器，而且也可以使用三个、四个或者更多这样的服务器，借助这些服务器可以分别创建自己的这样的部分对象地图，这些部分对象地图然后被组合为对象地图。
虽然在所提及的情况下首先不一定必须由另一传感器检测对象或其一部分或者不必检测关于对象的位置的信息(其也可以不是在另一传感器的有效范围内的对象)，然而优选的是，由至少一个另外的传感器检测的信息也包括关于工厂环境中的另一对象的至少一部分的位置的信息。然后，由该部分对象地图和该另一部分对象地图来创建用于工厂环境的对象地图，该对象地图具有该对象的至少一部分的和该另一对象的至少一部分的位置。
有利的是，将部分对象地图(即一个部分对象地图和另一部分对象地图，根据情况也还多于两个部分对象地图)从相应的服务器传输到上级服务器，其中由上级服务器创建对象地图。在上级服务器上可以组合单个部分对象地图。在此也可以考虑，部分对象地图部分重叠并且于是在创建对象地图时考虑或去除这种重叠。
优选地，由配属于服务器的传感器所检测的信息包括用于第一区域和第二区域的信息，该第二区域比第一区域距基准更远。在此，相应的服务器可以用作基准，但也可以是工厂环境中的特定的点或工厂环境中的特定的装置、如机器人。然后，仅将用于第二区域的信息和/或仅具有由用于第二区域的信息所获取的对象或其各部分在工厂环境中的位置的部分对象地图直接或间接地传输给另一服务器。间接传输在此可以包括，由上级服务器仅仅向该服务器传输对象或其部分(或相应创建的对象地图)的对于特定的服务器而言相关的信息或位置。由此可能的是，仅将实际需要的信息传送给服务器，基于此于是例如能够控制装置。因此，例如位于机器人附近的人仅与相应的服务器相关，传感器在机器人附近配属于该服务器。而从机器人离开的或以其他方式运动的人例如也对于在其附近设置有另一机器人的另一服务器是相关的。即，该人可能向该机器人运动。以这种方式，可以根据相关性将信息从一个服务器传送到另一服务器。此外，可以考虑使用第三区域(或甚至更多区域)，使得可以在不同的程度上交换不同相关的信息，即，可以使用不同数量或不同程度远离的服务器来交换所述信息。
优选地，传感器至少部分地选自以下传感器：摄像机、特别是视频摄像机和立体摄像机、超声波传感器、麦克风、接近传感器、RADAR单元、LIDAR单元、无线电模块、特别是WLAN单元和蓝牙单元、惯性传感器和距离传感器。所有这些传感器特别是在工厂环境中常见，并且可以被用于收集关于工厂环境中的对象或其部分的位置的尽可能多的信息。
也适宜的是，传感器至少部分地从布置在工厂环境中的对象和/或装置上的传感器中选出。因此，不仅可以使用单独布置的传感器，而且也可以使用在例如手动或自动运动的装置(例如机器人)或运输工具(例如叉车)上。也可以考虑在所谓的“增强现实眼镜”或“增强现实头盔”上的传感器，其例如由工厂环境中的人使用，以便执行受控的装配工作等。
除了位置信息之外，也可以以相同的方式通过边缘服务器生成和校正(abgleichen)其他位置和对象相关的信息。例如，关于工作进度的信息、有效安全级别、关于对象的匹配信息(例如，工人此刻站立在其之前或他正在观看的机器的操作说明)或对人的警告提示。
在服务器上产生的地图还提供了使用例如呈移动性模式的形式的信息的可能性，诸如当由两个服务器覆盖的区域不重叠时，以便估计例如区域之间的间距、平均速度等。这通过允许以高概率预期进入到第二区域中而进一步提高安全性。
为了确保单个服务器的地图之间的协调，上级边缘服务器可以从其下方的层级中的每个服务器获得地图信息，并且协调和合并该信息。
具有至少一个服务器和传感器的根据本发明的系统尤其在程序技术上被设置用于执行根据本发明的方法。
以计算机程序的形式来实施所述方法也是有利的，因为这尤其在实施用的控制器还用于其它任务并且因此本来就存在时引起的成本特别低。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是磁存储器、光学存储器和电存储器，像比如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等，也可以通过计算机网络(互联网、内联网等)下载程序。
本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。
不言而喻，前面所提到的和后面的还有待解释的特征不仅能够以相应所说明的组合来使用，而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。
本发明借助于实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图详细描述。
附图说明
图1以优选的实施方式示意性示出了具有根据本发明的系统的工厂环境，利用该系统可以执行根据本发明的方法；
图2以优选的实施方式示意性示出根据本发明的方法的流程；
图3以另一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的系统；
图4以另一种优选的实施方式示意性地示出了用于执行根据本发明的方法的不同的区域。
具体实施方式
在图1中以优选的实施方式示意性地示出了具有根据本发明的系统的工厂环境100，利用该系统可以执行根据本发明的方法。工厂环境例如可以是车间。在此，该系统包括服务器110以及示例性地不同的传感器120、121和122。
服务器110在此具有处理器111和存储器112以及网络连接113、在此为呈无线电模块、特别是W-LAN或WiFi的形式的网络连接。在此，用120表示的传感器例如是摄像机，用121表示的传感器是LIDAR，并且用122表示的传感器是所谓的“增强现实眼镜”上的传感器，摄像机又可能属于所述传感器。
此外，现在示出了佩戴“增强现实眼镜”的人200以及构造为自动化机器人的装置210作为工厂环境100中的对象。在此，一些上述传感器也布置在机器人210上。
单个传感器现在可以检测与工厂环境100中的人200和机器人210的位置有关的信息，并且将其传输给服务器110。
在图2中示意性地以优选的实施方式示出了根据本发明的方法的流程。单个传感器120、121和122现在可以检测关于在工厂环境100中的对象(即例如根据图1的人200和机器人210)的位置的信息125并且将其传输给服务器110。在此，不仅从人200而且从机器人210都可以分别由多个不同的传感器检测关于所述人和机器人的位置的信息。
现在，在服务器110上可以根据所获得的信息125创建如下对象地图130，在该对象地图中包含人200和机器人210在工厂环境100中的位置。在此可考虑的是，不仅对象的单个位置说明包含在对象地图130中，而且也可以包含更详细的位置信息、像比如机器人手臂的姿态。如所提及的那样，基于分别来自多个不同的传感器的关于对象的位置的信息可以获取特别准确的位置。
对象地图130于是例如可以被传输给机器人210，从而可以控制该机器人或其一个或多个致动器。在此，也就是在控制机器人210时可以考虑人200的当前位置。以这种方式，可以避免危险情况，因为例如当人200接近机器人210时，机器人210可能会停止。在此，这种创建对象类型的过程可以连续地重复，从而持续地存在关于单个对象在工厂环境中的位置的当前数据。
在图3中现在以另一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的系统。为此，再次示出服务器110，在此示例性地仅具有传感器120和121，所述传感器配属于服务器110。
此外，现在示出了两个另外的服务器110′和110″，传感器120和121同样分别示例性地配属于所述服务器。所述传感器中的每个传感器现在可以将由其检测到的信息、特别是关于对象的位置的信息传输给配属于其的服务器。借助于服务器110、110′和110″于是可以分别创建部分对象地图150、150′或150″，所述部分对象地图于是又被传输给上级服务器140。该上级服务器140可以与其他服务器一样地构建。在那里然后可以由单个部分对象地图组成对象地图130。
图4以另一种优选实施方式示意性示出了用于执行根据本发明的方法的不同区域B1、B2和B3。在此，在服务器110的附近确定例如能够根据机器人210来预先给定的基准R。
参照基准R，现在第一区域B1、相距基准R进一步远离的区域B2和相距基准R还又进一步远离的区域B3示例性地被预先给定。所述区域在此示例性地构造成环形。如果现在例如在第一区域B1中并且因此在机器人210附近检测到人200，则该信息首先仅对于服务器110是相关的。该信息或所属的位置不必被传输给另一服务器。
相反，如果在第二区域B2中检测到人(在此为人200′)，则该信息例如也可以对于服务器110′是相关的，在所述服务器附近例如可以存在机器人210′。也就是说可以考虑的是，人200′朝向机器人210′运动，如在此通过箭头所示的那样。在这方面适宜的是，将该信息传输到服务器110′。
也可以考虑的是，人200′在较晚的时间点位于区域B3中。由此，然后可以例如以更高的安全性推断出，该人朝向机器人210′运动。
总之，以这种方式可以创建用于工厂环境的非常精确的对象地图，基于该对象地图可以在该工厂环境中实现特别安全和有效的运行。

Claims (12)

1.一种用于在使用存在于工厂环境(100)中的传感器(120、121、122)的情况下创建用于工厂环境(100)的对象地图(130)的方法，
其中，从所述工厂环境(100)中的对象(200、210)的至少一部分通过所述传感器(120、121、122)中的至少两个传感器来检测关于该部分的位置的信息(125)，
其中，由所述传感器(120、121、122)检测的信息(125)被传输给配属于所述传感器的服务器(110)，并且
其中，在使用所述服务器(110)的情况下，基于由所述传感器检测和传输的信息(125)创建用于所述工厂环境(100)的对象地图(130)，所述对象地图具有对象(200、210)的至少一部分的位置，
其中，由所述服务器(110)基于由所述传感器(120、121、122)检测和传输的信息(125)创建用于所述工厂环境(100)的部分对象地图(150)，
其中由所述传感器(120、121)中的至少一个另外的传感器检测到的信息被传输给配属于所述至少一个另外的传感器的另一服务器(110′、110″)，
其中，由所述另一服务器(110′、110″)基于由所述至少一个另外的传感器(120、121)检测和传输的信息创建用于所述工厂环境(100)的另一部分对象地图(150′、150″)，并且
其中，由所述部分对象地图(150)和所述另一部分对象地图(150′、150″)创建用于所述工厂环境(100)的对象地图(130)，该对象地图具有所述对象(200、210)的至少一部分的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中由所述传感器(120、121、122)中的每个传感器分别检测所述工厂环境(100)中的对象(200、210)的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述对象地图(130)传输给至少一个在所述工厂环境(100)中存在的装置(210)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述对象地图(130)控制至少一个在所述工厂环境(100)中存在的装置(210)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象地图(130)由所述服务器(110)创建。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述传感器(120、121、122)中的至少另一传感器检测到的信息包括关于所述工厂环境(100)中的另一对象(210′)的至少一部分的位置的信息，并且
其中，由所述部分对象地图(150)和所述另一部分对象地图(150′、150″)创建用于所述工厂环境(100)的对象地图(130)，该对象地图具有所述对象(200、210)的至少一部分的和另一对象(210′)的至少一部分的位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部分对象地图(150、150′、150″)从相应的服务器(110、110′、110″)传输给上级服务器(140)，并且其中，由所述上级服务器(140)创建所述对象地图(130)。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，由配属于所述服务器(110)的传感器(120、121、122)检测到的信息(125)包括用于第一区域(B1)和第二区域(B2)的信息，所述第二区域比所述第一区域(B1)距基准(R)更远，并且
其中，仅将用于所述第二区域(B2)的信息和/或仅具有由用于所述第二区域(B2)的信息获取的对象在所述工厂环境中的位置的部分对象地图直接或间接地传输给所述另一服务器(110′)。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述传感器(120、121、122)至少部分地从以下传感器中选出：摄像机、超声波传感器、麦克风、接近传感器、RADAR单元、LIDAR单元、无线电模块、惯性传感器和距离传感器。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述传感器(120、121、122)至少部分地从布置在所述工厂环境(100)中的对象(200)和/或装置(210)上的传感器中选出。
11.一种具有至少一个服务器(110、110′、110″、140)和传感器(120、121、122)的系统，所述系统设置用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
12.一种能够机读的存储介质，其具有保存在其上面的计算机程序，当该计算机程序在系统上实施时，所述计算机程序促使具有至少一个服务器(110、110′、110″、140)和传感器(120、121、122)的系统执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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