DE102017218819A1 - System and method for information exchange between at least two human-robot cooperation systems - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Informationsaustausch zwischen mindestens zwei Mensch-Roboter-Kooperationssystemen (6, 7) mit einem ersten Mensch-Roboter-Kooperationssystem (6) und einem zweiten Mensch-Roboter-Kooperationssystem (7) mit jeweils mindestens einem Roboter (8), einer Ereignisanalysevorrichtung (10), um mindestens ein Ereignis in einem Zustandsraum (11) zu detektieren, der einem der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme (6, 7) zugeordnet ist, sowie einer mit jedem der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme (6, 7) verbundenen Speichervorrichtung (12) zum Speichern des mindestens einen von der jeweiligen Ereignisanalysevorrichtung (10) detektierten Ereignisses. Die Speichervorrichtung (12) ist dazu ausgebildet, fortlaufend jedes der von der Ereignisanalysevorrichtung (10) detektierten Ereignisse zusammen mit dem das jeweilige Ereignis durchführenden Benutzer in einer von Ablaufschritten abhängigen Baumstruktur zu speichern, wobei jedem Unterprozess eines Ereignisses ein Ast der Baumstruktur zugeordnet ist, und der jeweiligen Ereignisanalysevorrichtung (10) die in der Baumstruktur gespeicherten Ereignisse zur Verfügung zu stellen. The present invention relates to a system and a method for exchanging information between at least two human-robot cooperation systems (6, 7) with a first human-robot cooperation system (6) and a second human-robot cooperation system (7) each having at least one A robot (8), an event analysis device (10), for detecting at least one event in a state space (11) associated with one of the human-robot cooperation systems (6, 7) and one with each of the human-robot cooperation systems (6, 7) for storing the at least one event detected by the respective event analysis device (10). The memory device (12) is configured to continuously store each of the events detected by the event analysis device (10) together with the user performing the respective event in a sequential tree structure, each subprocess of an event being assigned a branch of the tree structure, and the respective event analysis device (10) to provide the events stored in the tree structure.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Informationsaustausch zwischen mindestens zwei Mensch-Roboter-Kooperationssystemen.The present invention relates to a system and method for information exchange between at least two human-robot cooperation systems.
Bei Mensch-Roboter-Kooperationssystemen (MRK), die auch als „human robot interaction (HRI) applications“ bezeichnet werden, findet eine Zusammenarbeit zwischen einem menschlichen Benutzer und einem Roboter statt. Hierbei sind neben einem reibungsfreien Arbeitsablauf auch Sicherheitsaspekte höchst relevant. Da sich jedoch nicht alle menschlichen Benutzer in gleicher Weise verhalten, werden Lernalgorithmen eingesetzt, um das einzelne Mensch-Roboter-Kooperationssystem auf den jeweiligen Benutzer abzustimmen. Nachteilig daran ist aber, dass für jedes einzelne System eine entsprechende Abstimmung durchgeführt werden muss, was zeit- und kostenintensiv ist.In human-robot cooperation systems (MRK), also referred to as "human robot interaction (HRI) applications", collaboration between a human user and a robot takes place. In addition to a smooth workflow, safety aspects are highly relevant. However, since not all human users behave in the same way, learning algorithms are used to tune the single human-robot cooperation system to the particular user. The disadvantage of this is that for each system a corresponding vote must be performed, which is time consuming and costly.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren vorzuschlagen, die das genannte Problem überwinden, mit denen also ein Informationsaustausch zwischen mehreren Mensch-Roboter-Kooperationssystemen ermöglicht wird.The present invention is therefore based on the object of proposing a system and a method which overcome the said problem, with which thus an information exchange between several human-robot cooperation systems is made possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a system according to
Ein System zum Informationsaustausch zwischen mindestens zwei Mensch-Roboter-Kooperationssystemen weist ein erstes Mensch-Roboter-Kooperationssystem und ein zweites Mensch-Roboter-Kooperationssystem, eine Ereignisanalysevorrichtung und eine Speichervorrichtung auf. Die beiden Mensch-Roboter-Kooperationssysteme weisen jeweils mindestens einen Roboter auf und sind dazu eingerichtet, mittels eines dem jeweiligen Mensch-Roboter-Kooperationssystem zugeordneten Sensors eine Position, eine Anthropometrie (also Maße eines menschlichen Körpers) und bzw. oder ein Verhalten eines (typischerweise menschlichen) Benutzers des jeweiligen Mensch-Roboter-Kooperationssystems zu ermitteln sowie den jeweiligen Benutzer zu identifizieren. Durch die Ereignisanalysevorrichtung wird mindestens ein Ereignis in einem Zustandsraum detektiert. Der Zustandsraum ist hierbei einem der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme zugeordnet. In der mit dem jedem der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme verbundenen Speichervorrichtung wird das mindestens eine von der jeweiligen Ereignisanalysevorrichtung detektierte Ereignis gespeichert. Die Speichervorrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, fortlaufend jedes der von der Ereignisanalysevorrichtung bzw. den (den jeweiligen Mensch-Roboter-Kooperationssystemen zugeordneten) Ereignisanalysevorrichtungen detektierten Ereignisse zusammen mit dem das jeweilige Ereignis durchführenden Benutzer in einer von Ablaufschritten abhängigen Baumstruktur zu speichern. Jedem Unterprozess bzw. Teilprozess eines Ereignisses ist hierbei ein Ast der Baumstruktur zugeordnet. Die Speichervorrichtung ist außerdem dazu ausgebildet, der jeweiligen Ereignisanalysevorrichtung die in der Baumstruktur gespeicherten Ereignisse zur Verfügung zu stellen.A system for exchanging information between at least two human-robot cooperation systems comprises a first human-robot cooperation system and a second human-robot cooperation system, an event analysis device and a storage device. The two human-robot cooperation systems each have at least one robot and are set up, by means of a sensor associated with the respective human-robot cooperation system, a position, an anthropometry (ie measurements of a human body) and / or a behavior of a (typically human) user of the respective human-robot cooperation system as well as to identify the respective user. At least one event in a state space is detected by the event analysis device. The state space is assigned here to one of the human-robot cooperation systems. In the storage device connected to each of the human-robot cooperation systems, the at least one event detected by the respective event analyzing device is stored. The memory device is in this case configured to continuously store each of the events analyzed by the event analysis device or the event analysis devices (associated with the respective human-robot cooperation systems) together with the user performing the respective event in a sequential tree structure. Each sub-process or sub-process of an event here is assigned a branch of the tree structure. The storage device is also configured to provide the respective event analysis device with the events stored in the tree structure.
Indem mehrere Ereignisse mit den jeweiligen Benutzern identifiziert werden und diese kombinierten Informationen in der Speichervorrichtung abgespeichert werden, kann das gesamte System deutlich schneller lernen, wie es auf einzelne Benutzer zu reagieren hat bzw. wie die jeweiligen durchzuführenden Prozesse mit dem jeweiligen Benutzer durchgeführt werden sollen. Durch die, vorzugsweise elektrische, elektronische oder optische Verbindung der Speichervorrichtung mit den einzelnen Ereignisanalysevorrichtungen der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme ist hierdurch ein einfacher Informationsaustusch zwischen mehreren dieser Kooperationssysteme möglich.By identifying multiple events with the respective users and storing that combined information in the storage device, the entire system can learn much more quickly how to respond to individual users or how to perform the respective processes to be performed on each user. Through the, preferably electrical, electronic or optical connection of the storage device with the individual event analysis devices of the human-robot cooperation systems, a simple information exchange between several of these cooperation systems is possible.
Es kann vorgesehen sein, dass die Speichervorrichtung mit einer Prozessanalysevorrichtung verbunden ist, die ausgebildet ist, mindestens eine Prozessoptimierung basierend auf der Ereignisanalyse durchzuführen. Die Prozessanalysevorrichtung ist dazu eingerichtet, die Mensch-Roboter-Kooperationssysteme in Abhängigkeit der mindestens einen durchgeführten Prozessoptimierung zu steuern. Typischerweise werden mehrere Prozessoptimierungen durchgeführt, wobei unter einem „Prozess“ jeweils eine Interaktion zwischen dem Benutzer und dem Roboter in einem der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme verstanden werden soll. Hierdurch wird ein Anlernen des Systems beschleunigt und das gesamte System kann effizienter betrieben werden.It can be provided that the storage device is connected to a process analysis device which is designed to perform at least one process optimization based on the event analysis. The process analysis device is set up to control the human-robot cooperation systems as a function of the at least one process optimization carried out. Typically, a plurality of process optimizations are performed, wherein a "process" is to be understood in each case as an interaction between the user and the robot in one of the human-robot cooperation systems. This speeds up system learning and allows the entire system to operate more efficiently.
Vorzugsweise ist die Speichervorrichtung mit einer Risikoanalysevorrichtung verbunden. Die Risikoanalysevorrichtung ist dazu ausgebildet, ein Risikomanagement basierend auf der Ereignisanalyse durchzuführen. Die Risikoanalysevorrichtung steuert mindestens eines der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme, typischerweise jedoch alle der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme derart, dass ein Risiko einer Kollision zwischen dem Roboter und dem Benutzer minimiert ist. Dies erlaubt es, das beschriebene System mit erhöhter Sicherheit zu betreiben.Preferably, the storage device is connected to a risk analysis device. The risk analysis device is designed to perform risk management based on the event analysis. The risk analysis device controls at least one of the human-robot cooperation systems, but typically all of the human-robot cooperation systems, such that a risk of collision between the robot and the user is minimized. This makes it possible to operate the described system with increased security.
Die beschriebenen Verbindungen sind typischerweise elektrische, elektronische oder optische Verbindungen. Die einzelnen Einheiten wie die Speichervorrichtung, die Prozessanalysevorrichtung und die Risikoanalysevorrichtung können als räumlich getrennte Einheiten vorgesehen sein, es ist aber auch möglich, diese Einheiten in einem Gerät zu vereinen.The compounds described are typically electrical, electronic or optical connections. The individual units such as the storage device, the process analysis device and the risk analysis device may be considered spatial separate units may be provided, but it is also possible to combine these units in one device.
Typischerweise ist dem ersten Mensch-Roboter-Kooperationssystem ein erster Überwachungsraum und dem zweiten Mensch-Roboter-Kooperationssystem ein zweiter Überwachungsraum zugeordnet. In den Überwachungsräumen ist jeweils der entsprechende Roboter des jeweiligen Mensch-Roboter-Kooperationssystems tätig. Vorzugsweise sind die Überwachungsräume, also im einfachsten Fall der erste Überwachungsraum und der zweite Überwachungsraum, räumlich voneinander getrennt, d. h. es gibt keinerlei Überschneidungen zwischen den einzelnen Überwachungsräumen, so dass einzelne detektierte Ereignisse klar zugeordnet werden können.Typically, the first human-robot cooperation system is assigned a first surveillance space and the second human-robot cooperation system has a second surveillance space. In each of the surveillance rooms, the corresponding robot of the respective human-robot cooperation system operates. Preferably, the monitoring rooms, so in the simplest case, the first monitoring room and the second monitoring room, spatially separated from each other, d. H. there is no overlap between the individual monitoring rooms, so that individual detected events can be clearly assigned.
Der Sensor kann zumindest eine Kamera aufweisen, um eine optische Erfassung des Benutzers durchzuführen. Vorzugsweise ist die Kamera mit einem Bilderkennungsalgorithmus versehen bzw. eine entsprechende Bilderkennungseinheit ist im jeweiligen Mensch-Roboter-Kooperationssystem und bzw. oder an der Speichervorrichtung angeordnet, so dass der Benutzer eindeutig identifiziert werden kann.The sensor may comprise at least one camera to perform an optical detection of the user. Preferably, the camera is provided with an image recognition algorithm or a corresponding image recognition unit is arranged in the respective human-robot cooperation system and / or on the storage device, so that the user can be uniquely identified.
Das erste Mensch-Roboter-Kooperationssystem und das zweite Mensch-Roboter-Kooperationssystem weisen vorzugsweise jeweils eine Steuervorrichtung oder eine Regelvorrichtung zum Steuern bzw. zum Regeln des jeweiligen Roboters, also insbesondere zum Anpassen einer Bewegungsbahn und bzw. oder einer Position des jeweiligen Roboters auf. Die Steuervorrichtung bzw. Regelvorrichtung kann aus der Speichervorrichtung Informationen hinsichtlich durchzuführender Bewegungen erlangen bzw. kann auch von der Prozessanalysevorrichtung und der Risikoanalysevorrichtung die entsprechenden Informationen erhalten.The first human-robot cooperation system and the second human-robot cooperation system preferably each have a control device or a regulating device for controlling or regulating the respective robot, thus in particular for adapting a movement path and / or a position of the respective robot. The control device may obtain information regarding movements to be performed from the storage device or may also obtain the corresponding information from the process analysis device and the risk analysis device.
Der in dem Mensch-Roboter-Kooperationssystem angeordnete Roboter ist vorzugsweise ein Sechs-Achs-Roboter, der auch auf einer Verfahreinheit angeordnet sein kann und hierdurch im Überwachungsraum beweglich ist.The robot arranged in the human-robot cooperation system is preferably a six-axis robot, which can also be arranged on a moving unit and is thus movable in the monitoring space.
Ein Verfahren zum Informationsaustausch zwischen mindestens zwei Mensch-Roboter-Kooperationssystemen weist einen Schritt auf, bei dem ein erstes Mensch-Roboter-Kooperationssystem und ein zweites Mensch-Roboter-Kooperationssystem mit jeweils mindestens einem Roboter jeweils mittels mindestens eines zugeordneten Sensors eine Position, eine Anthropometrie und bzw. oder ein Verhalten eines Benutzers des jeweiligen Mensch-Roboter-Kooperationssystems ermittelt und den jeweiligen Benutzer identifiziert. Mindestens ein Ereignis in einem Zustandsraum wird mittels einer Ereignisanalysevorrichtung detektiert, die einem der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme zugeordnet ist. Das mindestens eine von der jeweiligen Ereignisanalysevorrichtung detektierte Ereignis wird in einer mit jedem der Mensch-Roboter-Kooperationssysteme verbundenen Speichervorrichtung gespeichert. Fortlaufend wir hierbei jedes der von der Ereignisanalysevorrichtung detektierten Ereignisse zusammen mit dem das jeweilige Ereignis durchführenden Benutzer in einer von Ablaufschritten abhängigen Baumstruktur gespeichert, wobei jedem Unterprozess eines Ereignisses ein Ast der Baumstruktur zugeordnet wird und der jeweiligen Ereignisanalysevorrichtung die in der Baumstruktur gespeicherten Ereignisse zur Verfügung gestellt werden.A method for exchanging information between at least two human-robot cooperation systems comprises a step in which a first human-robot cooperation system and a second human-robot cooperation system with at least one robot each have a position, an anthropometry, by means of at least one associated sensor and / or a behavior of a user of the respective human-robot cooperation system and identifies the respective user. At least one event in a state space is detected by means of an event analyzer associated with one of the human-robot cooperation systems. The at least one event detected by the respective event analysis device is stored in a memory device connected to each of the human-robot cooperation systems. Continuously, each of the events detected by the event analyzer together with the user performing the event is stored in a tree-dependent tree, each sub-process of an event being assigned a branch of the tree structure, and the respective event analyzer being provided with the events stored in the tree structure become.
Typischerweise wird ein Ereignis nur gespeichert, wenn der Sensor den Benutzer mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 70 Prozent, vorzugsweise mindestens 80 Prozent erkennt bzw. identifiziert.Typically, an event is stored only if the sensor detects or identifies the user with a probability of at least 70 percent, preferably at least 80 percent.
Als Ereignis kann ein Betreten eines Überwachungsraums durch einen Benutzer, ein Verlassen des Überwachungsraums durch den Benutzer und bzw. oder ein Durchführen einer Aufgabe durch den Benutzer und bzw. oder den Roboter erfasst werden.An event can be detected by a user entering a surveillance space, by the user leaving the surveillance space and / or performing a task by the user and / or the robot.
Das beschriebene Verfahren ist typischerweise mit dem beschriebenen System durchführbar, d. h. das beschriebene System kann zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet sein.The method described is typically feasible with the described system, i. H. the described system may be arranged to perform the described method.
Ein Computerprogrammprodukt enthält eine auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherte Befehlsfolge zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens und bzw. oder zum Ansteuern des beschriebenen Systems, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Recheneinheit läuft.A computer program product contains a command sequence stored on a machine-readable carrier for performing the described method and / or for driving the described system when the computer program product is run on a computing unit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs und -
2 eine schematische Darstellung eines Systems zum Informationsaustusch zwischen mehreren Mensch-Roboter-Kooperationssystemen.
-
1 a schematic representation of a process flow and -
2 a schematic representation of a system for Informationsaustusch between several human-robot cooperation systems.
In
Durch eine Ereignisanalyse
- • Ein bestimmter Benutzer betritt oder verlässt einen Überwachungsraum in einem bekannten Zustand des jeweiligen Mensch-Roboter-Kooperationssystem.
- • Ein bestimmter Benutzer führt eine oder mehrere Unteraufgaben eines Ablaufschritts durch, beispielsweise nimmt er ein Objekt in die Hand oder legt ein Objekt auf die Ablage.
- • Ein bestimmter Benutzer überschreitet eine Bewegungs- oder Zeitvarianz von dem nächsten Ablaufschritt in dem Prozess, zum Beispiel mehr als drei Meter Abstand zwischen einer kürzesten Roboterbahn- oder einer Ablage oder mehr als drei Minuten Wartezeit zwischen zwei Ablaufschritten.
- • A particular user enters or leaves a surveillance room in a known state of the respective human-robot cooperation system.
- • A specific user performs one or more sub-tasks of a step, for example, picking up an object or placing an object on the clipboard.
- • A particular user exceeds a movement or time variance from the next step in the process, for example, more than three meters of space between a shortest robotic path or a shelf, or more than three minutes of waiting time between two steps.
Das detektierte bzw. registrierte Ereignis wird in einem Speicherschritt
Die Speichervorrichtung ist dazu eingerichtet, Ereignisse zu kategorisieren und systematisch in einer Baumstruktur abzuspeichern. Die Baumstruktur hängt von den Ablaufschritten ab. Jeder Unterprozess ist einem Ast zugeordnet, so dass das gesamte Wissen effektiv gespeichert wird. Jedes neue Ereignis wird somit in Echtzeit mit wenigen zuvor gespeicherten und möglicherweise relevanten Ereignissen verglichen und „falsche“ Ereignisse, d. h. insbesondere doppelt auftretende Ereignisse, somit aussortiert, was die Effizienz des Speicherschritts
Außerdem kann zur Effizienzsteigerung eine menschorientierte Prozessoptimierung
Ein online verfügbares globales Risikomanagementsystem ist zum Minimieren eines Risikos bei der Interaktion zwischen dem Benutzer und dem Roboter ausgebildet. Ein Vorteil der zentralen Speichervorrichtung ist, dass das gesamte System bei einem Unfall schnell reagieren kann. Hierzu wird die Unfallsituation analysiert und registriert, ob beispielsweise der Benutzer oder eine andere Person auf den Boden gefallen ist. Dies kann sofort gemeldet werden und Benutzer benachbarter Mensch-Roboter-Kooperationssysteme, die auch als Stationen bezeichnet werden, werden entsprechend informiert und zur Hilfeleistung aufgefordert.An online global risk management system is designed to minimize a risk in the interaction between the user and the robot. An advantage of the central storage device is that the entire system can react quickly in the event of an accident. For this purpose, the accident situation is analyzed and registered, for example, whether the user or another person has fallen to the ground. This can be reported immediately and users of neighboring human-robot cooperation systems, which are also referred to as stations, are informed accordingly and asked for assistance.
In
In einem ersten Überwachungsraum
Dabei sind typischerweise eine Bewegungsbahn und eine Roboterachse bereits bekannt. Der Roboter
Das beschriebene Verfahren und das in
Es wird somit ein zentraler Datenbankanalysator für einen Wissens-/Erfahrungsaustausch in multiplizierten Mensch-Roboter-Kooperationssystemen
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US20150352719A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus, method for controlling apparatus, and storage medium |
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2017
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