CN111745638A - 动作区域限制方法、机器人控制装置及报知体 - Google Patents

Abstract

本发明提供动作区域限制方法、机器人控制装置及报知体，能够容易地设定对机器人的动作进行限制的区域。区域设定信息取得部(11)执行如下的区域设定信息取得步骤：取得通过报知体报知的、包含具有高度的规定的限制区域的范围的区域设定信息。区域限制条件识别部(12)根据区域设定信息执行对限制区域的范围进行识别的区域限制条件识别步骤。动作限制部(13)执行对限制区域中的机器人(1)的动作进行限制的动作限制步骤。

Description

动作区域限制方法、机器人控制装置及报知体

技术领域

本发明涉及动作区域限制方法、机器人控制装置及报知体。

背景技术

以往，已知一种生活支援机器人，其通过三维距离传感器对周围环境进行观测并代办人进行的作业(例如，参照专利文献1)。在利用三维距离传感器无法观测有无障碍物的未观测区域与机械臂重叠的情况下，所述生活支援机器人减慢机械臂的速度。

此外，提出有一种方法，通过在移动机器人的作业环境内设置移动机器人能够在视觉上识别的地标，从而能够将障碍物或作业场所的所在在视觉上通知移动机器人(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-283450号公报

专利文献2：日本特开2002-149240号公报

发明内容

发明要解决的课题

上述专利文献1、2中记载的机器人均对障碍物或者地标这样的特定的对象物的位置进行识别而限制机器人向特定位置接近。但是，也有时机器人的使用者想要针对任意的立体的区域而非特定位置来限制机器人的动作。

本发明是鉴于这样的背景而完成的，其目的在于，提供能够容易地设定限制机器人的动作的立体区域的动作区域限制方法、机器人控制装置及报知体。

用于解决课题的手段

作为用于达成上述目的的第一形态，可列举一种动作区域限制方法，该动作区域限制方法对机器人的动作区域进行限制，其中，所述动作区域限制方法包括：区域设定信息取得步骤，取得通过报知体报知的区域设定信息，该区域设定信包含具有高度的规定的限制区域的范围；区域限制条件识别步骤，根据所述区域设定信息识别所述限制区域的范围；和动作限制步骤，限制所述机器人相对于所述限制区域的动作。

也可以是如下的结构：在所述动作区域限制方法中，在所述区域设定信息取得步骤中，取得从所述报知体报知的所述区域设定信息，所述报知体可拆装地被配置在所述机器人的可动作范围内。

也可以是如下的结构：在所述动作区域限制方法中，在所述区域设定信息取得步骤中，通过根据摄像头拍摄到的所述报知体的拍摄图像进行识别，取得所述报知体通过显示报知的所述区域设定信息。

也可以是如下的结构：在所述动作区域限制方法中，当在通过所述区域设定信息取得步骤取得的所述区域设定信息中包含第一高度和与所述第一高度不同的第二高度的情况下，在所述区域限制条件识别步骤中，将从所述第一高度到所述第二高度的范围识别作为所述限制区域的高度范围。

也可以是如下的结构：在所述动作区域限制方法中，当在通过所述区域设定信息取得步骤取得的所述区域设定信息中包含高度和进深的情况下，在所述区域限制条件识别步骤中，根据所述高度和所述进深识别所述限制区域的范围。

也可以是如下的结构：在所述动作区域限制方法中，在所述区域设定信息取得步骤中，取得包含所述限制区域中的所述机器人的动作条件的所述区域设定信息，在所述区域限制条件识别步骤中，根据所述区域设定信息识别所述动作条件，在所述动作限制步骤中，根据所述动作条件限制所述机器人相对于所述限制区域的动作。

也可以是如下的结构：在所述动作区域限制方法中，在通过所述区域限制条件识别步骤识别出的所述动作条件中包含被机器人使用并被允许或者禁止在所述限制区域内使用的用具的信息的情况下，在所述动作限制步骤中，限制在所述机器人的整体或者一部分持有所述用具的状态下从所述限制区域退出或者进入到所述限制区域中。

作为用于达成上述目的的第二形态，可列举一种机器人控制装置，其对机器人的动作进行控制，其中，所述机器人控制装置具备：区域设定信息取得部，其取得通过报知体报知的区域设定信息，该区域设定信息包含具有高度的规定的限制区域的范围；区域限制条件识别部，其根据所述区域设定信息识别所述限制区域的范围；和动作限制部，其限制所述机器人相对于所述限制区域的动作。

作为用于达成上述目的的第三形态，可列举一种报知体，其具备区域设定信息显示部，该区域设定信息显示部以机器人能够视觉识别的状态显示区域设定信息，所述区域设定信息包含具有高度的规定的限制区域的范围。

也可以是如下的结构：所述区域设定信息显示部显示包含所述机器人相对于所述限制区域的动作条件的所述区域设定信息。

发明效果

根据上述动作区域限制方法，通过区域设定信息取得步骤取得通过报知体报知的区域设定信息，通过区域限制条件识别步骤，根据区域设定信息识别限制区域的范围。并且，通过动作限制步骤限制机器人相对于限制区域的动作。因此，机器人的使用者能够通过配置报知体这样的简易的操作而容易地设定限制机器人的动作的区域。

附图说明

图1是机器人和机器人管理服务器的结构的说明图。

图2是限制机器人的动作区域的区域的设定方式的说明图。

图3是限制区域的设定以及机器人相对于限制区域的动作限制的处理的流程图。

图4是在烹调台设定限制区域的示例的说明图。

图5是在多层架子的一部分设定限制区域的示例的说明图。

标号说明

1：机器人；2：机器人控制装置；3：摄像头；4：话筒；5：显示器；6：通信部；10：CPU；11：区域设定信息取得部；12：区域限制条件识别部；13：动作限制部；20：存储器；21：控制用程序；22：限制条件表格；23：限制区域图；50：机器人管理服务器；60：CPU；61：区域设定信息取得部；62：区域限制条件识别部；63：动作限制部；70：存储器；71：控制用程序；72：限制条件表格；73：限制区域图；80：通信部；90：使用者终端；Ar1、Ar2、Ar3：限制区域；S11、S12、S13、S14、S21、S22、S31……：区域设定贴条(报知体)；Q1、Q3：标记；U：使用者。

具体实施方式

[1.机器人和机器人管理服务器的结构]

参照图1、图2，对执行根据本发明的动作区域限制方法进行的限制区域的设定和针对限制区域的动作限制的机器人1和机器人管理服务器50的结构进行说明。如图1、图2所示，机器人1是在与使用者U的活动区域重复的区域移动且进行各种作业的自主行进型机器人。在图2中，示出了机器人1进行如下的作业的状况：将烹调物113放在被搁于烹调台110上的砧板111上，利用菜刀112进行切割。

在本实施方式中，利用被使用者U粘贴在地板等上的区域设定贴条(相当于本发明的报知体)设定限制机器人1的动作区域的限制区域，图2示出了设定有两个限制区域Ar1、Ar2的状况。限制区域Ar1通过被粘贴在砧板111的四角处的区域设定贴条S11、S12、S13、S14(关于S12、S13，参照图4在后面进行说明)被设定。此外，限制区域Ar2通过被粘贴在房间的墙角的地板处的区域设定贴条S21、S22被设定。

区域设定贴条S11、S12、S13、S14、S21、S22具有高度的信息，因此，限制区域Ar1、Ar2是具有高度的长方体的区域。区域设定贴条S11、S12、S13、S14、S21、S22可拆装地被粘贴配置在机器人1的可动作范围内。关于限制区域的设定的详细情况，在后面进行说明。

机器人1具备：机器人控制装置2，其对机器人1的动作进行控制；摄像头3，其对机器人1的周围进行拍摄；话筒4，其对机器人1的周围的声音进行采集；显示器5，其显示各种信息；和通信部6，其用于与被使用者U使用的使用者终端90等之间进行通信。摄像头3是立体摄像头，机器人控制装置2根据左右一对立体摄像头的视差并通过图2所示的x-y-z的三维实际空间坐标识别对象物的实际空间位置。

机器人控制装置2是由CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)10、存储器20、未图示的接口电路等构成的电子电路单元。CPU 10通过执行被保存于存储器20中的机器人1的控制用程序21而作为区域设定信息取得部11、区域限制条件识别部12和动作限制部13发挥作用。

区域设定信息取得部11从由摄像头3拍摄到的摄影图像中提取区域设定贴条的图像部分，并取得区域设定贴条所表示的区域设定信息。区域限制条件识别部12根据区域设定信息取得部11取得的区域设定信息识别表示限制区域的范围的边界信息和表示限制区域中的机器人1的动作条件的作业信息。动作限制部13根据区域限制条件识别部12识别出的边界信息和作业信息来限制在限制区域中的机器人1的动作。

在存储器20中，除了控制用程序21以外，还保存有将区域设定贴条报知的区域设定信息与限制区域的边界信息和作业信息对应起来的限制条件表格22。并且，在存储器20中保存有限制区域图23，所述限制区域图23登记有机器人1掌握的基于三维的实际空间坐标的各限制区域的位置。

此外，也可以是如下的结构：不是利用机器人控制装置2，而是利用通过通信网络500与机器人1进行通信的机器人管理服务器50进行区域设定信息的取得、限制区域的边界信息和作业信息的识别、以及限制区域中的机器人1的动作的限制的处理。机器人管理服务器50是由CPU 60、存储器70等构成的计算机系统。CPU 60通过执行被保存于存储器70中的机器人管理服务器50的控制用程序71，从而作为区域设定信息取得部61、区域限制条件识别部62和动作限制部63发挥作用。在存储器70中，与存储器20同样地保存有限制条件表格72和限制区域图73。

区域设定信息取得部61、区域限制条件识别部62和动作限制部63的功能与上述的机器人控制装置2的区域设定信息取得部11、区域限制条件识别部12和动作限制部13分别同样。但是，区域设定信息取得部61通过从机器人1接收而取得由机器人1的摄像头3拍摄到的图像Pi，并从取得的图像中提取区域设定贴条的图像部分。提取并取得限制区域信息。此外，动作限制部63接收从机器人1发送的机器人1的当前位置信息，并实时地识别机器人1的当前位置。并且，动作限制部63将指示限制区域中的机器人1的动作的限制的动作限制指示信息Cri向机器人1发送。

这样，在基于机器人管理服务器50的情况下，在机器人1与机器人管理服务器50之间需要摄像头3所拍摄的摄影图像和机器人1的当前位置信息的收发，除此以外的方面与基于机器人控制装置2的情况同样。因此，下面，对利用机器人控制装置2进行限制区域的设定和机器人1的动作限制的处理的情况进行说明。

这里，通过区域设定信息取得部11或者区域设定信息取得部61执行的处理相当于本发明的动作区域限制方法中的区域设定信息取得步骤。此外，通过区域限制条件识别部12或者区域限制条件识别部62执行的处理相当于本发明的动作区域限制方法中的区域限制条件识别步骤。此外，通过动作限制部13或者动作限制部63执行的处理相当于本发明的动作区域限制方法中的动作限制步骤。

[2.限制区域的限制条件的识别和机器人的动作限制处理]

根据图3所示的流程图对在图2所示的状况下通过机器人控制装置2执行的一连串的处理进行说明。图3的步骤S1至S3是区域设定信息取得部11的处理。在步骤S1中，区域设定信息取得部11利用摄像头3对机器人1的周围进行拍摄，并根据摄影图像探索区域设定贴条的图像部分。根据摄影图像识别的区域设定贴条的部分相当于在可实现本发明的机器人的视觉识别的状态下显示区域设定信息的区域设定信息显示部。

在下面的步骤S2中，在区域设定信息取得部11从摄影图像中提取到区域设定贴条的图像部分时，将处理推进到步骤S4，在未从摄影图像中提取到区域设定贴条的图像部分时，将处理推进到步骤S6。步骤S4到步骤S5是区域限制条件识别部12的处理。

在步骤S4中，区域限制条件识别部12参照限制条件表格22识别与在步骤S3中提取出图像部分的区域设定贴条相应的限制区域的边界信息和作业信息。边界信息有根据一个区域设定贴条规定的情况和根据多个区域设定贴条规定的情况。

例如，关于图2的限制区域Ar2的边界信息，利用两个区域设定贴条S21、S22以如下的方式设定限制区域Ar2：在x方向(宽度方向)上，由区域设定贴条S21的长度x2规定，在y方向(进深方向)上，由区域设定贴条S22的长度y2规定，在z方向(高度方向)上，由附加于区域设定贴条S21上的标记Q1规定。标记Q1既可以利用数字直接表示z方向上的长度(高度)，也可以是QR码(注册商标)或条形码等记录码。或者，也可以根据区域设定贴条S21、S22的颜色差异指定z方向上的长度。标记Q1也可以由使用者U描绘在区域设定贴条S21上。

此外，限制区域Ar2的作业信息也通过标记Q1表示。作业信息中包括例如下面的a～f。

a：禁止进入到限制区域。

b：禁止从限制区域中退出。

c：仅在限制区域内允许规定作业。

d：仅在限制区域内允许使用规定用具的作业，禁止在持有规定用具的状态下从限制区域中退出。

e：仅在限制区域外允许规定作业。

f：仅在限制区域外允许使用规定用具的作业，禁止在持有规定用具的状态下进入到限制区域中。

标记Q1包括上述a的表示“禁止进入到限制区域”的标示，由此，防止机器人1进入到限制区域Ar2内而与保护对象物130接触的情况。

此外，如图4所示，限制区域Ar1是借助于被粘贴于放置在烹调台110上的砧板111的四角处的区域设定贴条S11、S12、S13、S14按如下的方式来设定的：在x方向上由区域设定贴条S12与S13之间的间隔x1规定，在y方向上由区域设定贴条S13与S14之间的间隔y1规定，在z方向上由标示于区域设定贴条S11、S12、S13、S14中的任意贴条上的“H”标记所指定的长度z1来规定。基于“H”标记的指定长度被记录在限制条件表格22中。

此外，“H”标记表示仅在限制区域Ar1内允许借助于菜刀112的作业的作业信息，菜刀112处被附上表示仅能够在限制区域Ar1内使用的使用限制标记M1。此外，“H”标记表示禁止在限制区域Ar1内使用杀虫喷雾器115的作业信息，杀虫喷雾器115处被附上禁止在限制区域Ar1内使用的使用限制标记M2。

针对于限制区域Ar1，动作限制部13仅允许在限制区域Ar1内使用附有使用限制标记M1的菜刀112，并禁止机器人1在持有菜刀112的状态下从限制区域Ar1中退出。此外，针对于限制区域Ar1，动作限制部13禁止在限制区域Ar1内使用附有使用限制标记M2的杀虫喷雾器115。另外，也可以这样：不是通过使用限制标记M1、M2，而是通过菜刀112和杀虫喷雾器115的图像部分的形状识别来识别菜刀112和杀虫喷雾器115。

此外，图5例举了利用一个区域设定贴条S31指定z方向上的远离区域设定贴条的范围而设定限制区域Ar3的情况。在图5中，关于具有上架201、中架202和下架203的三层架200，为了禁止机器人1的前臂1a进入到中架202中，利用区域设定贴条S31在中架202的前表面处设定了假想壁的限制区域Ar3。

在区域设定贴条S31处附有表示第一高度z31和第二高度z32的信息的标记Q3，区域限制条件识别部12将第一高度z31到第二高度z32的范围识别为限制区域Ar3的z方向上的范围。此外，标记Q3表示禁止从三层架200的正面侧超过限制区域Ar3而进入到中架202中的作业信息。因此，动作限制部13禁止机器人1的前臂1a从三层架200的正面侧超过限制区域Ar3而进入到中架202内。

回到图3的流程图，在步骤S5中，区域限制条件识别部12将识别出的限制区域的边界信息和作业信息按下面的编码信息的形式登记到限制区域图23中。

编码信息＝(x1、x2、y1、y2、z1、z2、Wcd)

其中，x1、x2：x坐标的范围，y1、y2：y坐标的范围，z1、z2：z坐标的范围，Wcd：作业信息。

接下来的步骤S6是动作限制部13的处理，动作限制部13参照限制区域图23识别限制区域的范围，并根据按作业信息设定的动作条件来限制针对限制区域的机器人1的动作。在图2的示例中，动作限制部13禁止机器人1进入到限制区域Ar2内。此外，动作限制部13允许机器人1仅在限制区域Ar1内使用菜刀112的烹调作业，禁止机器人1在持有菜刀112的状态下从限制区域Ar1中退出。

[3.其它实施方式]

在上述实施方式中，也可以这样：在由区域设定贴条设定的限制区域的边界信息和作业信息被登记到限制区域图23之后，即使使用者剥掉区域设定贴条，也根据已登记的边界信息和作业信息继续进行机器人1的动作的限制。由此，仅在设定限制区域时粘贴区域设定贴条即可，因此，能够避免因粘贴区域设定贴条而损害房间的美观。

在该情况下，通过经过规定的设定期间、或者让机器人1识别表示解除限制的标记，从而能够解除基于限制区域的动作范围的限制。此外，也可以通过使用者终端90的操作来解除基于限制区域的动作范围的限制。

在上述实施方式中，作为本发明的报知体而示出了通过显示来报知限制区域的设定信息的区域设定贴条，但也可以采用通过无线信号(电波、光、声音等的信号)报知限制区域的设定信息的报知体。例如，可以采用通过RFID(Radio Frequency Identifier：无线射频识别)的无线通信向机器人1发送限制区域的设定信息的结构。

在上述实施方式中，机器人1的摄像头3被设置在机器人1的头部，但也可以设置在机器人1的前臂1a的末端部等其它部位。此外，作为摄像头3而采用了立体摄像头，但也可以采用单眼摄像头。在采用单眼摄像头的情况下，通过使机器人1的头部左右移动而从两个位置进行拍摄，从而能够根据两个位置处的摄影图像间的图像部分的视差和移动距离来识别对象物的实际空间位置。

在上述实施方式中，示出了将区域设定贴条粘贴在地板或者砧板上的示例，但区域设定贴条粘贴在能够利用摄像头3拍摄机器人1的地方即可。例如，通过将区域设定贴条粘贴在天花板上，从而能够避免区域设定贴条被放置在地板上的物品挡住的情况。

在上述实施方式中，作为本发明的报知体而示出了区域设定贴条，但也可以是不具有粘性的带子等。此外，表示边界信息或作业信息的标记或编码既可以预先被标示于报知体，也可以由使用者自由地补记。通过在市场上出售预先被标示有表示边界信息或作业信息的标记或编码的报知体，从而使用者通过购买附有所希望的区域设定条件的报知体来使用，从而能够容易地设定限制区域的范围和限制内容。

在上述实施方式中，示出了自主行进型的机器人1，但对于在工厂内装配而进行作业的机器人等固定机器人，也可应用本发明。在固定机器人的情况下，例如抓着工作工具的机械臂那样的机器人的一部分(而非机器人整体)是限制进入到限制区域内或者限制从限制区域中退出的形态。

另外，为了易于理解本申请发明，图1是根据主要的处理内容区分地示出了机器人1和机器人管理服务器50的功能结构的概要图，也可以通过其它区分来构成机器人1和机器人管理服务器50的结构。此外，各结构要素的处理既可以利用一个硬件单元来执行，也可以利用多个硬件单元来执行。此外，图1所示的各结构要素的处理既可以利用一个程序来执行，也可以利用多个程序来执行。

Claims (10)

1.一种动作区域限制方法，该动作区域限制方法对机器人的动作区域进行限制，其中，

所述动作区域限制方法包括：

区域设定信息取得步骤，取得通过报知体报知的区域设定信息，该区域设定信息包含具有高度的规定的限制区域的范围；

区域限制条件识别步骤，根据所述区域设定信息识别所述限制区域的范围；和

动作限制步骤，限制所述机器人相对于所述限制区域的动作。

2.根据权利要求1所述的动作区域限制方法，其中，

在所述区域设定信息取得步骤中，取得从所述报知体报知的所述区域设定信息，所述报知体可拆装地被配置在所述机器人的可动作范围内。

3.根据权利要求1或2所述的动作区域限制方法，其中，

在所述区域设定信息取得步骤中，通过根据摄像头拍摄到的所述报知体的拍摄图像进行识别，取得所述报知体通过显示报知的所述区域设定信息。

4.根据权利要求1或2所述的动作区域限制方法，其中，

当在通过所述区域设定信息取得步骤取得的所述区域设定信息中包含第一高度和与所述第一高度不同的第二高度的情况下，

在所述区域限制条件识别步骤中，将从所述第一高度到所述第二高度的范围识别为所述限制区域的高度范围。

5.根据权利要求1或2所述的动作区域限制方法，其中，

当在通过所述区域设定信息取得步骤取得的所述区域设定信息中包含高度和进深的情况下，

在所述区域限制条件识别步骤中，根据所述高度和所述进深识别所述限制区域的范围。

6.根据权利要求1或2所述的动作区域限制方法，其中，

在所述区域设定信息取得步骤中，取得包含所述限制区域中的所述机器人的动作条件的所述区域设定信息，

在所述区域限制条件识别步骤中，根据所述区域设定信息识别所述动作条件，

在所述动作限制步骤中，根据所述动作条件限制所述机器人相对于所述限制区域的动作。

7.根据权利要求6所述的动作区域限制方法，其中，

在通过所述区域限制条件识别步骤识别出的所述动作条件中包含被机器人使用并被允许或者禁止在所述限制区域内使用的用具的信息的情况下，

在所述动作限制步骤中，限制在所述机器人的整体或者一部分持有所述用具的状态下从所述限制区域退出或者进入到所述限制区域中。

8.一种机器人控制装置，其对机器人的动作进行控制，其中，

所述机器人控制装置具备：

区域设定信息取得部，其取得通过报知体报知的区域设定信息，该区域设定信息包含具有高度的规定的限制区域的范围；

区域限制条件识别部，其根据所述区域设定信息识别所述限制区域的范围；和

动作限制部，其限制所述机器人相对于所述限制区域的动作。

9.一种报知体，其具备区域设定信息显示部，该区域设定信息显示部以机器人能够视觉识别的状态显示区域设定信息，该区域设定信息包含具有高度的规定的限制区域的范围。

10.根据权利要求9所述的报知体，其中，

所述区域设定信息显示部显示包含所述机器人相对于所述限制区域的动作条件的所述区域设定信息。

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