EP4284604A1 - Verfahren zum ermitteln von steuerungsdaten für eine greifeinrichtung zum greifen eines gegenstands - Google Patents

Verfahren zum ermitteln von steuerungsdaten für eine greifeinrichtung zum greifen eines gegenstands

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Publication number
EP4284604A1
EP4284604A1 EP22712899.8A EP22712899A EP4284604A1 EP 4284604 A1 EP4284604 A1 EP 4284604A1 EP 22712899 A EP22712899 A EP 22712899A EP 4284604 A1 EP4284604 A1 EP 4284604A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
model
gripping
data
determination
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22712899.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Gross
Ingo Thon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4284604A1 publication Critical patent/EP4284604A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/161—Hardware, e.g. neural networks, fuzzy logic, interfaces, processor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1612—Programme controls characterised by the hand, wrist, grip control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39484—Locate, reach and grasp, visual guided grasping
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39514—Stability of grasped objects
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39536—Planning of hand motion, grasping

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining control data for a gripping device for gripping an object, comprising the steps:
  • the published application US 2020/0164531 A1 discloses a system for gripping objects, which includes a recognition device for recognizing the identity, a location and an orientation of an object, as well as a selection system for selecting a gripping point for a respective object .
  • the gripping point can be selected by a user, for example.
  • a corresponding system can be trained in order to automate the determination of gripping points using this information.
  • Such a method is designed to determine control data for a gripping device for gripping an object and includes the following steps:
  • the method described is based on the finding that not all possible parameters are used when analyzing the image of the object, for example to identify the object or to determine other object parameters Orientation of the object must be taken into account, but it can be assumed that the object is in one of its possible stable positions, e.g. on a level surface. This considerably limits the number of possible positions of the object in the corresponding image analysis. Therefore, the limitation of the algorithms used for the image analysis to possible stable positions of the object allows a significant reduction in the analysis effort, since a large part of possible positions of the object can be ignored. In this way, corresponding analysis methods for identifying the object and/or determining its position can run more easily and/or faster. This also further simplifies the determination of a corresponding gripping point for this object compared to the prior art.
  • An object can be any three-dimensional structure with a fixed external shape.
  • Objects can be pieces of material, components, modules, devices or the like, for example.
  • the image of the object can be captured, for example, by means of a camera, a scanner (for example a laser scanner), a distance radar or a similar device for capturing three-dimensional objects.
  • the captured image can advantageously be a two-dimensional image of the object or a two-dimensional image that includes an image of the object.
  • the captured image can also be or include a three-dimensional representation of the object.
  • the at least one item parameter can be, for example, an identifier relating to the item, ID information regarding the object and/or also a name or a short description or description of the object.
  • the identifier can, for example, be designed and set up in such a way that it allows the object to be identified.
  • ID information can be a clear designation, identifier or the like for the respective object or can include such information.
  • the at least one object parameter can include, for example, a location, position or the like in relation to the detected object.
  • a location can be given, for example, by characteristic points and the location of the characteristic points and/or, for example, by a location or position of a virtual boundary frame on the captured image, a so-called "bounding box". It can also be defined such a location or position can also be given, for example, by the location of a central point of the object (e.g. a center of gravity) and a rotation angle in relation to a defined or definable standard position.
  • the at least one object parameter can also include a property of the object, such as a color, a material or a combination of materials or comparable properties.
  • a gripping device can be designed and set up, for example, as a robot or robot arm with a corresponding gripper for grasping or mechanically fixing the object.
  • a gripper can, for example, be designed like pliers, have one or more suction devices and/or allow or support the fixing of an object to be gripped with electromagnetic forces.
  • a robot or robot arm can be designed and set up, for example, as a 6-axis robot or 6-axis industrial robot or robot arm. Furthermore, such a robot or robot arm can be designed and set up, for example, as a Cartesian robot or with a corresponding gripper.
  • the control data for the gripping device for gripping the object at the at least one gripping point are data that must be supplied to a control device of the gripping device or to a control device for the gripping device so that, for example, a gripper of the gripping device can grip the object at the at least one gripping point mechanically fixed.
  • a control device for the gripping device can be designed and set up, for example, as a so-called robot controller, a programmable logic controller, a computer or a similar control device.
  • the control data can include, for example, the coordinates of a point in space for the gripper and an alignment of the gripper, which the gripper must adopt in order to be able to grip the object. Furthermore, the control data can also contain the coordinates of at least one Be gripping point of the object in space or include these coordinates th.
  • control device for the gripping device can then calculate the necessary movement of the gripping device and of the gripper in a known manner.
  • coordinates in space is understood to mean, for example, a coordinate system in which both the object to be gripped and the gripping device are located.
  • Control data can then be, for example, coordinates of the at least one gripping point and/or the at least one Mode11 gripping point transformed into this real space. Furthermore, in addition to the coordinates of the at least one gripping point, a position of the object in space can also be taken into account when calculating the control data, for example to enable unimpeded access of a gripper of the gripping device to the at least one gripping point.
  • the control data for the gripping device can therefore be determined, for example, as follows: after capturing the image of the object, a position of the object is determined as part of the determination of the at least one object parameter. After determining the at least one model grip point from the 3D model of the object, the coordinates of the at least one model grip point can then be converted into corresponding coordinates of the at least one grip point of the object based on the position information of the real object. Using these coordinates of the at least one gripping point of the real object and the information on the position of the Object in relation to the gripping device can then be determined according to the present description, the control data for the gripping device.
  • Stable attitudes of an object refer to those one or more attitudes of the object in which the object can be found without moving from rest of its own accord (e.g. to tilt or roll).
  • Such a stable position for the object can be determined, for example, by initially moving it towards the surface (e.g. dropping it onto this surface) and then waiting until the object stops moving. By performing this process multiple times with different initial conditions, the stable positions of an object can be determined in this way. For example, the object can be moved to a corresponding surface under a wide variety of initial conditions (e.g. thrown onto it or dropped onto it). Then you wait until the object stops moving. Subsequently, the assumed stable position is then recorded accordingly.
  • a stable position can be recorded, defined and/or stored, for example, by registering the position taken. This registration can take place, for example, via an image recording, a 3D recording and/or a detection of one or more coordinates of the object in the stable position. Furthermore, the detection of the stable position can also include the allocation of an identifier that is unique to the stable position of the object. All of the recorded position data for a specific object can be assigned to a specific stable position that can be converted into one another by displacement and/or rotation about a surface normal of the support surface on which the object is lying. A specific identifier for the associated stable position can then be assigned to all of these positions, for example.
  • the stable positions of an object can be determined, for example, in a semi-automated manner, in that a specific object is selected by a user and then, for example, is dropped or thrown onto a surface under a wide variety of initial conditions. It then waits until the object has come to rest. An image of the object is then captured and an automatic image analysis method is used to check whether the position of the captured object can be transformed into an already captured position of the object by displacement and/or rotation about a surface normal of the surface. If this is the case, then the identifiers for this stable position are also automatically assigned to the image that has now been recorded.
  • the determination can also take place automatically, for example. This can be done by, for example, physically simulating a falling movement of a 3D model of an object applied to a surface. As part of this simulation, you then wait until the movement of the 3D model of the object has come to rest. A corresponding image of the now stationary 3D model of the object is then recorded and an identifier for a stable position is assigned to the image in accordance with the method already explained above. This process can now be repeated automatically with randomly selected initial conditions until no more new stable positions are found or a sufficient number of images is available for each of the stable positions found.
  • a sufficient amount of images may be given, for example, if 2, 10 or even 50 images for each stable
  • a new stable position is no longer found if no new stable position is found after 10, 50 or even 100 attempts.
  • the images associated with a specific stable position can be stored accordingly in a database.
  • This database can then be used, for example, to assign a specific stable position to a newly detected object by comparing it with these images.
  • the images can be used in order to train a corresponding neural network, which can then be used as part of the image analysis for newly recorded images of objects.
  • a corresponding neural network for example, a recorded image of a stationary object on a surface can then be supplied to the neural network.
  • the result of the evaluation by the neural network can then at least, among other things be an identifier for the stable position occupied by this object.
  • an advantage of using the stable positions in a method according to the present description is that only the relatively few stable positions compared to all possible positions have to be considered when identifying, determining the position and/or determining the gripping point. This can reduce the computational effort involved in determining the position, identifying and/or determining the grasping point, often even considerably.
  • the information regarding a stable position of an object can, for example, be designed and set up as one or more images of the object, with the object being in the stable position in each of the images.
  • An identifier for this stable position can also be assigned to each of the images.
  • the information regarding at least one possible stable position can then be designed and set up, for example, as one or more images of an object, in which each image is assigned an identifier for the stable position in which the object is located on this image.
  • the information regarding at least one possible stable position of an object can be designed and set up as an ML model ("Machine Learning" model), the ML model being created and set up by means of the application of a ma chine learning method on determined information regarding the at least a possible stable position has been trained and/or set up.
  • ML model Machine Learning
  • a possible design and a corresponding handling of such ML models will be discussed in more detail below.
  • a such an ML model can be designed and set up as a neural network.
  • information relating to the at least one possible stable position of the object is understood to mean any use of such information in the context of a calculation or determination of data or information.
  • a collection of comparison information or comparison images can be used which show the object or several objects in their respective stable positions.
  • Corresponding further data can then be derived on the basis of the respective images relating to information arranged.
  • Such information assigned to the respective images can be, for example, information about the object shown on it, the stable position occupied by it, or also a spatial position of the object in the image.
  • a machine learning mode11 can be trained with the corresponding data mentioned above, for example with images that show one or more objects in their respective stable positions, with the images each containing additional information such as an identification of the assumed stable position, an identification of the object shown on it and/or also information about a real spatial position assumed in the image are assigned.
  • the image of a recorded object can then be evaluated.
  • Such an image evaluation is also an example of using information regarding the at least one possible stable position of an object.
  • each determination of the at least one object parameter for the detected object can be made using information regarding the at least one possible stable position of the object.
  • the at least one object parameter for the detected object can be determined via the named database of captured images of the object in its stable positions, or the named ML model, in such a way that an identifier for its stable position can be entered for the object Distance angle1 to a defined zero point and/or a rotation angle with respect to a surface normal to the storage area of the object is determined.
  • transformation data for a transformation of the 3D model, including the model grip points specified there can then be specified in the real object. This transformation data can then be used, for example, to determine the at least one gripping point of the object.
  • the control data for the gripping device can then also be determined from the transformation data and other information with regard to, for example, the accessibility of the object.
  • the at least one gripping point can also be determined using the following steps:
  • this embodiment of the method has the advantage that by using the model gripping point from the 3D model of the identified object, a simplified determination of the at least one gripping point of the detected object is possible. In this way, gripping points that were already defined during the construction of the object can later be used to grip a corresponding real object. Furthermore, one or more model gripping points for the 3D model can be determined automatically, for example using physical simulations with the 3D model. In this configuration, for example, no user intervention is necessary, which further simplifies the determination of the at least one gripping point.
  • a suitable 3D model of this object can be selected, for example after an image has been captured and, for example, an object has been identified.
  • Data required for gripping this object can then be determined, for example, in such a way that a corresponding model grip point is taken from the 3D model and then a grip point on the real object is determined from this.
  • This can, for example, be designed and set up in such a way that by comparing a detected position of the object with the 3D model, control data for a gripping device are determined in such a way that transformation data are used to convert the coordinates of a Model1 gripping point into those of a corresponding gripping point on the Ge object can be converted.
  • the method described has the advantage, for example, that by using the model gripping point from the 3D model, a method for gripping the corresponding object can be simplified compared to the prior art. For example, by comparing the recognized or identified object with the 3D model of the object, real grasping points of the object can be determined. In this way, the appropriate gripping point can be determined in each case for the most varied positions and locations of the object in space using only one template, namely the 3D model for the object.
  • the method has the additional advantage that it also enables automated determination of gripping points for a detected object. Due to the fact that corresponding gripping points can already be provided or defined in the 3D model of the object, it is possible to convert the intended model gripping points into real gripping points of the detected object by comparing the 3D model with a detected position of the object. without another user having to intervene, for example marking or entering possible gripping points by a user.
  • a 3D model can be any digital depiction or representation of the object that at least substantially represents the external form.
  • the 3D model represents the external shape of the object.
  • the 3D model can also contain information about the internal structure of the object, mobility of components of the object or information about the functionalities of the object.
  • the 3D model can, for example, be stored in a 3D file format, for example created with a 3D CAD software tool. Examples of such software tools are SolidWorks (file format: .sldprt), Autodesk Inventor (file format: .ipt), AutoCAD (file format: .dwg), PTC
  • ProE/Creo file format: .prt
  • CATIA file format: .catpart
  • file formats can be used in which material properties of the object such as specific weight,
  • Color, material and / or the like of the object or its ner components are also stored.
  • physically correct simulations can be carried out for the object, e.g. to determine one or more stable positions of the object on a surface.
  • the 3D model for the object can be selected, for example, using ID information for the object, with the at least one object parameter comprising this ID information.
  • the selection of the 3D model of the object can, for example, also be made using information regarding the at least one possible stable position of the object.
  • ID information for the object are determined and based on this ID information then a corresponding 3D model can be selected, for example, from a corresponding database.
  • the 3D model can be taken from a database for 3D models of various objects, for example, and the selection from this database can be made using the ID information determined above, for example.
  • the 3D model can also be selected by a user. The user can, for example, select the 3D model from a number of available 3D models.
  • a model grip can be given, for example, by the coordinates of a specific point or area on an outer surface of the 3D model. Furthermore, the model gripping point can also be given by a gripping surface. Such a gripping area can be defined, for example, by describing a boundary line of the gripping area on an outside of the object.
  • the at least one Mode11 gripping point it can be provided, for example, that one or more gripping points or gripping areas are already marked in the 3D model of the object and the coordinates of these one or more gripping points or gripping areas are then taken from the 3D model.
  • this determination of the at least one model gripping point can take place automatically.
  • the determination of at least one model gripping point can also be carried out by a user or be partially automated and supported by a user.
  • the model gripping point in the 3D model can be determined automatically, for example, by using a mechanical simulation or model analysis of the 3D model to determine corresponding gripping points. These can then, for example, continue to be recorded or marked directly in the 3D model.
  • model gripping points can also already be provided and/or marked as part of a construction of the 3D model.
  • Corresponding model grip points can, for example, also be added to a 3D model later, in that corresponding areas of the 3D model are marked and/or identified as grip points, for example. This can be done manually, for example. Alternatively, this can also be done automatically, in that corresponding gripping points or gripping areas are determined, e.g. by a mechanical simulation of the object or also given criteria for gripping areas. Such predefined criteria can be, for example, the position of a center of gravity of the object, the presence of flat areas on the object, and mechanical strength values of various areas of the object.
  • a method according to the present description can be designed and set up in such a way that the use of information regarding at least one possible stable situation is designed and set up as the use of an ML model, the ML model being created and set up by means of the application of a machine learning method was trained and/or set up on determined information regarding the at least one possible stable position.
  • a machine learning process is understood to mean, for example, an automated (“machine") process that does not generate results using rules that have been defined in advance, but in which regularities are (automatically) identified from many examples by means of a machine learning algorithm or learning process on the basis of which statements about the data to be analyzed are then generated.
  • Such machine learning methods can be designed and set up, for example, as a supervised learning method, a partially supervised learning method, an unsupervised learning method or also a reinforcing learning method (“reinforcement learning”).
  • machine learning methods are e.g. regression algorithms (e.g. linear regression algorithms), generation or optimization of decision trees (so-called “decision trees”), learning methods or training methods for neural networks, clustering methods (e.g. a so-called “k -means-clustering”), learning methods for or generation of support vector machines ("Support Vector Machines"
  • regression algorithms e.g. linear regression algorithms
  • decision trees generation or optimization of decision trees
  • clustering methods e.g. a so-called “k -means-clustering”
  • learning methods for or generation of support vector machines (“Support Vector Machines"
  • SVM Bayesian models
  • Such an ML model represents the digitally stored or storable result of the application of the machine learning algorithm or learning process to the analyzed data.
  • the generation of the ML model can be designed and set up in such a way that the ML model is created anew by using the machine learning method or an already existing ML model is changed or adapted by using the machine learning method.
  • ML models are the results of regression algorithms (e.g. a linear regression algorithm), neural networks (“neural networks”), decision trees (“decision tree”), the results of clustering methods (including e.g. the obtained clusters or cluster categories, definitions and/or parameters), support vector machines (“Support Vector Machines” (SVM)), sequential decision models or Bayesian models or networks.
  • regression algorithms e.g. a linear regression algorithm
  • neural networks e.g. a linear regression algorithm
  • decision trees decision trees
  • clustering methods including e.g. the obtained clusters or cluster categories, definitions and/or parameters
  • support vector machines Support Vector machines
  • SVM Support Vector Machines
  • Neural networks can be, for example, so-called “deep neural networks”, “feed forward neural networks”, “recurrent neural networks”; “Convolutional Neural Networks” or “Autoencoder Neural Networks”.
  • the application corresponding to the machine learning method on neural networks is often also referred to as “training” of the corresponding neural network.
  • Decision trees can be designed and set up, for example, as so-called “iterative dichotomizers 3 (ID3), classification or regression trees (CART) or also so-called “random forests”.
  • ID3 iterative dichotomizers 3
  • CART classification or regression trees
  • random forests random forests
  • a neural network is understood, at least in connection with the present description, as an electronic device which comprises a network of so-called nodes, with each node usually being connected to a number of other nodes.
  • the nodes are also referred to, for example, as neurons, units or entities. while has each node has at least one input and one output connection.
  • Input nodes for a neural network are nodes that can receive signals (data, stimuli, patterns or the like) from the outside world.
  • Output nodes of a neural network are understood to mean those nodes which can pass on signals, data or the like to the outside world.
  • So-called “hidden nodes” are understood to mean those nodes of a neural network which are designed neither as input nor as output nodes.
  • the neural network can be designed, for example, as a so-called deep neural network (“deep neural network” (DNN)).
  • DNN deep neural network
  • Such a “deep neural network” is a neural network in which the network nodes are arranged in layers (where the Layers themselves can be one-, two- or even higher-dimensional.
  • a deep neural network comprises at least one or two so-called hidden layers, which only include nodes that are not input nodes or output nodes. That means they have hidden layers no connections to input signals or output signals .
  • Deep learning is understood to mean, for example, a class of machine learning techniques that uses many layers of nonlinear information processing for the monitored or unsupervised feature extraction and transformation as well as for pattern analysis and classification.
  • the neural network can also have what is known as an auto-encoder structure, for example.
  • an auto-encoder structure can, for example, be suitable for a To reduce the dimensionality of the data and, for example, to recognize similarities and similarities.
  • a neural network can also be designed, for example, as a so-called classification network, which is particularly suitable for dividing data into categories.
  • classification networks are used, for example, in connection with handwriting recognition.
  • Another possible structure of a neural network can be, for example, the configuration as a so-called “deep belief network”.
  • a neural network can, for example, also have a combination of several of the structures mentioned above.
  • the architecture of the neural network can include an auto-encoder structure in order to reduce the dimensionality of the input data, which can then be combined with another network structure in order, for example, to recognize or correct special features and/or anomalies within the data-reduced dimensionality .to classify the data reduced dimensionality.
  • the values describing the individual nodes and their connections can be stored, for example, in a value set describing the neural network.
  • a value set then represents, for example, an embodiment of the neural network. If such a value set is stored after the neural network has been trained, an embodiment of a trained neural network is thereby stored, for example. For example, it is possible to train the neural network with appropriate training data in a first computer system to then store the corresponding value set, which is assigned to this neural network, and to transfer it to a second system as an embodiment of the trained neural network.
  • a neural network can usually be trained by determining parameter values for the individual nodes or for their connections using a wide variety of known learning methods by entering input data into the neural network and analyzing the corresponding output data from the neural network.
  • a neural network can be trained with known data, patterns, stimuli or signals in a manner that is known per se today, in order to then be able to use the network trained in this way subsequently, for example, to analyze further data.
  • the training of the neural network is understood to mean that the data with which the neural network is trained is processed in the neural network using one or more training algorithms in order to obtain so-called bias values (“bias”), weighting values ( “weights”) and / or transfer functions (“transfer functions”) of the individual nodes of the neural network or the connections between two nodes within the neural network to calculate or to change.
  • bias bias values
  • weights weighting values
  • transfer functions transfer functions
  • supervised learning To train a neural network, for example according to the present description, one of the methods of what is known as “supervised learning” (“supervised learning”) can be used, for example.
  • a network by train ning with appropriate training data these data respectively associated outcomes or skills.
  • Such a supervised learning method can be used, for example, in order to train a neural network, for example, in the stable positions of one or more objects. This can be done, for example, by “training” an identifier for the assumed stable position (the above-mentioned “result”) into an image of an object in a stable position.
  • unsupervised learning can also be used to train the neural network.
  • Such an algorithm generates a model for a given set of inputs, for example, which describes the inputs and enables predictions to be made from them.
  • clustering methods with which the data can be divided into different categories if they differ from one another, for example in terms of characteristic patterns.
  • Supervised and unsupervised learning methods can also be combined when training a neural network, for example if parts of the data are assigned trainable properties or abilities while another part of the data is not.
  • methods of so-called reinforcement learning can also be used for training the neural network, at least among other things.
  • training that requires a relatively high computing power of a corresponding computer can take place on a high-performance system, while further work or data analysis with the trained neural network can then definitely take place on a low-performance system can be carried out.
  • Such further work and/or data analysis with the trained neural network can be carried out, for example, on an edge device and/or on a control device, a programmable logic controller or a modular programmable logic controller or other corresponding devices according to the present description.
  • a collection of images can be used, for example, which shows a specific object in a stable position on a flat surface, with each of the images being assigned an identifier for the stable position it assumes .
  • the ML model is then trained on this collection of images.
  • a stable position of this object can then subsequently be determined using the trained ML model on a captured image of the object.
  • each of the images can show the object in one of its stable positions on a given or specifiable surface, in particular on a flat surface or on a substantially horizontal, flat surface.
  • the collection of images then contains, for example, a plurality of images of the object, each in one of its stable positions and also at different angles of rotation in relation to a defined or definable initial position on a surface.
  • the rotation can, for example, be defined as a surface normal of a surface on which the object lies in one of its stable positions.
  • the ML model can be designed as a neural network, for example, with the machine learning method in in this case, for example, a supervised learning method for neural networks.
  • the collection of images used to train the ML model can show various objects in different stable positions, with each of the images having both ID information relating to the object depicted and an identifier relating to the stable positions occupied thereon Location can be assigned.
  • the collection of images can, for example, be designed and set up in such a way that each of the images shows a representation of one of the objects in one of its stable positions on a given or definable surface, in particular on a flat surface or on a substantially horizontal, flat surface.
  • the collection of images can then contain, for example, a plurality of images of the different objects, each in one of its stable positions and in each case at different angles of rotation with respect to a defined or definable initial position.
  • the rotation can be defined with respect to a surface normal of a surface on which the object lies in one of its stable positions.
  • the ML model can be embodied as a neural network, for example, with the associated machine learning method also being able to be a method of supervised learning for neural networks here, for example.
  • the at least one gripping point of the object is determined using the model gripping point using a further ML model, the further ML model using a machine learning method on transformation data has been trained or set up with regard to possible transformations of a predefined or predefinable initial position into possible positions of the object.
  • the at least one gripping point of the object is determined using an image evaluation method on the captured image of the object.
  • the further ML model can be designed and set up in accordance with an ML model according to the present description.
  • the further ML model can be designed and set up, for example, as a transformation ML model which is designed to determine transformation data from a defined or definable starting position of the object to the position of the detected object in the real world and is set up.
  • the further ML model can then also be designed and set up as a neural network or also as a "random forest” model.
  • the further ML model can also be designed and set up as a so-called “deep learning” neural network, for example.
  • the use of the other ML model to determine the at least one gripping point can, for example, as a Be trained and set up application of the captured image of the object on the other ML model.
  • the result of such an application can be, for example, transformation data for a transformation of the predefined or predefinable starting position of the object into the assumed position of the object captured by the camera.
  • input data for the application of the further ML model can also be the following data, for example: detection data relating to the object, an identifier relating to the stable position in which the object is located and/or a rotation angle with regard to the contact surface with regard to a fixed or definable starting position.
  • Identification data for the object can be, for example, ID information relating to the object, description data for a virtual frame around the object and/or scaling data.
  • Output data of such a further ML model can then be, for example, transformation data for the above-mentioned transformation of the object from the predefined or predefinable initial position into the real position of the object on the storage area.
  • the predefined or predefinable starting position can be, for example, a predefined or predefinable position of a 3D model of the object in corresponding 3D software.
  • Such software can, for example, be a corresponding CAD program or a so-called 3D modehing program.
  • the further ML model can be trained, for example, in that, in a collection of images, each image has either the transformation data of a predetermined or predeterminable position of a 3D model represented on the image object is assigned to the position of the object in the picture.
  • each image for an object shown on it can be assigned the general positioning data with regard to a selected coordinate system.
  • the assignment of said data to the images of the image collection can take place, for example, automatically in a simulation environment or also manually.
  • a method commonly used for such applications can be used as the above-mentioned image evaluation method for determining the at least one gripping point of the object.
  • Examples of such methods are, for example, the so-called SURF, SIFT or BRISK method.
  • a method according to the present description can also be designed and set up in such a way that the determination of the at least one object parameter also includes the determination of position data of the object.
  • the position data also includes information regarding a stable position assumed by the object.
  • the determination of the control data for the gripping device is further simplified if the determination of the at least one object parameter for the detected object already includes the determination of the position data of the object. As a result, additional data is determined in this context, which can possibly accelerate and/or simplify the determination of the control data. If the position data also includes information regarding a stable position assumed by the object, this further simplifies the determination of the control data for the gripping device. As explained in the context of the present description, knowledge of the stable position of an object facilitates, accelerates and/or simplifies the analysis of the data, for example with regard to an identity, a location or position in space, a rotation angle and/or or a focus position of the object.
  • Position data of the object can include data relating to a position of the object in space, for example.
  • data relating to a position of the object can include, for example, coordinates of one or more reference points of the object in space.
  • the data relating to a position may include at least coordinates relating to at least three reference points of the object.
  • data relating to a position can also include, for example, coordinates of a reference point of the object and one or more angles of rotation or angles of rotation with respect to one or more axes.
  • the position data of the object can include, for example, coordinates of a reference point of the object, information regarding a stable position of the object and at least one angle of rotation or rotation of the object, in particular exactly one angle of rotation or rotation.
  • a turning or rotation angle can be defined, for example, with respect to a surface on which the object is located.
  • the angle of rotation or rotation can be defined, for example, with respect to an axis that is perpendicular to this surface.
  • the position data of the object include data that describe a virtual frame around the object.
  • the position data can then additionally include information regarding a stable position of the object and/or at least one angle of rotation or rotation of the object, in particular exactly one angle of rotation or rotation.
  • the position data of the object can consist of exactly the data mentioned above.
  • Such a virtual frame around the object can be defined, for example, as a rectangular contour which encloses at least a predetermined part of the object, in particular encloses the entire object.
  • a rectangular frame for example, any polygonal or also a generally shaped, in particular a regularly shaped, contour can be used (e.g. also a circle or an ellipse).
  • the position data can be determined, for example, using the image of the object and a corresponding image evaluation method. In this case, for example, a position of the object on the image is determined with the aid of the image. A position of the object on a real shelf can then be calculated or determined, e.g. by calibrating the position of the camera and the viewing angle of the camera.
  • the position data of the object can be given, for example, by the data of a virtual frame enclosing the object, for example together with a Angle of rotation of the object and an identifier of a stable position of the object.
  • the determination of the at least one object parameter, the determination of ID information, the determination of the position data, the determination of a position of the object, the determination of a virtual boundary frame around the object and/or the determination a stable position assumed by the object is carried out using the information relating to at least one possible stable position.
  • the use of information regarding the at least one possible stable position of the object can determine the at least one object parameter, ID information, position data, a position of the object, a virtual bounding box of the object and /or simplify the determination of a stable position occupied by the object.
  • the at least one object parameter or also the respective at least one further object parameter can be, for example, an identifier relating to the respective object or ID information relating to the respective object.
  • the method can, for example, be developed in such a way that an image of the object and other objects is captured, and then at least one object parameter is determined for each of the captured objects. Based on this Object parameters, for example, each of the objects can then be identified and the object can be selected in a subsequent selection step.
  • the item parameter determined for each of the items can then be or include ID information for the item. This then makes the selection of the object particularly easy.
  • the fact that other objects are captured when capturing the image of the object can, for example, be designed and set up in such a way that the other objects are located on the captured image of the object, for example because they are in the immediate vicinity of the object.
  • the acquisition of the image of the object can also be formed as a video recording of the object, from which a still image of the object is then extracted or can be extracted in a further step, for example.
  • the other objects can then also be recorded, for example.
  • the video can be generated, for example, in such a way that the storage area moves relative to the camera, for example, is designed as a transport or conveyor belt.
  • the camera can also move in a linear or rotary motion and in this way capture the object and the other objects.
  • determining the respective at least one further object parameter can include ID information for each of the further objects. Furthermore, the determination of the respective at least one further object parameter for each of the further items descriptive data for a bounding box around each of the further items. Furthermore, the determination of the respective at least one further object parameter for each of the further objects can also include position data for each of these objects and/or a stable position assumed by the respective object.
  • the item can be selected by a user, for example. This can be done, for example, by displaying the captured image of the object and the other objects on a display device and then allowing the user to select the object to be gripped there.
  • the object can also be selected automatically. For example, a specific object to be gripped can be specified, for example, by its ID information, a name or a shape. The object to be gripped can then be automatically selected by the system on the basis of the object parameters determined for the detected objects.
  • At least one gripping point of the object is determined using a method according to the present description and then the object is subsequently gripped by a gripping device, the gripping device for gripping the object acting on the at least one gripping point.
  • the gripping device can grip the object, for example, in such a way that, for example, a pincer-like gripper when gripping one or more of the gripping points creates such a frictional connection to the object that the object can be moved and/or moved by the gripping device is liftable.
  • a frictional connection can also be produced, for example, by means of one or more suction devices, which act on the one or more gripping points.
  • Such a frictional connection can also be produced by magnetic forces, for example, which then enables the object to be transported with the aid of the gripping device.
  • a system for gripping an object comprising an optical detection device for capturing an image of the object, a data processing device for determining the at least one object parameter of the object and/or for determining control data for a gripping device for Gripping the object, the system being designed and set up to carry out a method according to the present description.
  • the optical detection device, the image of the object, the at least one object parameter of the object, the control data and the gripping device can be designed and set up, for example, in accordance with the present description.
  • the data processing device can be, for example, a computer, a PC, a controller, a control device, a programmable logic controller, a modular programmable logic controller, an edge device or a comparable device.
  • the data processing devices and their elements and/or components can also be designed and set up according to the present description.
  • the data processing device can, for example, use an ML model in accordance with present description.
  • the data processing device can be embodied and set up as a programmable logic controller, it being possible for the ML model to be provided in a central module of the programmable logic controller, for example.
  • the ML model can also be provided in a functional module, which is connected to an above-mentioned central module of the programmable logic controller via a backplane bus of the programmable logic controller.
  • the data processing device can, for example, comprise a corresponding execution environment which is designed and set up, for example, to run software which runs a method according to the present description.
  • the data processing device can also include several components or modules (e.g. comprising one or more controllers, edge devices, PLC modules, computers and/or comparable devices). Such components or modules can then be connected, for example, via a corresponding communication connection, eg an Ethernet, an industrial Ethernet, a fieldbus, a backplane bus and/or comparable devices. In a further refinement, this communication link can also be designed and set up for real-time communication, for example.
  • a corresponding communication connection eg an Ethernet, an industrial Ethernet, a fieldbus, a backplane bus and/or comparable devices.
  • this communication link can also be designed and set up for real-time communication, for example.
  • the system according to the present description comprises a gripping device and the system is further designed and set up to carry out a method according to the present description.
  • the gripping device can be designed and set up, for example, in accordance with the present description.
  • a programmable logic controller is a control device that is programmed and used to regulate or control a system or machine. Specific functions, such as sequence control, can be implemented in such a PLC, so that both the input and output signals of processes or machines can be controlled in this way.
  • the programmable logic controller is defined, for example, in the EN 61131 standard.
  • both actuators of the system or machine which are generally connected to the outputs of the programmable logic controller, and sensors of the system or machine are used.
  • the sensors are located at the PLC inputs, with the programmable logic controller receives information about what is happening in the system or machine.
  • sensors are: light barriers, limit switches, buttons, incremental encoders, level sensors, temperature sensors.
  • actuators are: contactors for switching on electric motors, electric valves for compressed air or hydraulics, drive control modules, motors, drives.
  • a PLC can be implemented in various ways. This means that it can be implemented as an individual electronic device, as a software emulation, as a so-called soft PLC (or also called “virtual PLC” or also as a PLC application or PLC app) as a PC plug-in card, etc. Often there are also modular solutions in which the PLC is assembled from several plug-in modules.
  • a modular programmable logic controller can be designed and set up in such a way that several modules can be or are provided, with usually, in addition to a so-called central module, which is used to run a control program, e.g. for controlling a component, machine or system (or a part thereof) is designed and set up, one or more expansion modules can be provided.
  • expansion modules can be designed and set up, for example, as a current/voltage supply or also for the input and/or output of signals or data.
  • an extension module can also be used as a function module to take over special tasks (e.g. a counter, a converter, data processing with artificial intelligence methods (e.g. includes a neural network or another ML model) ).
  • a function module can also be used as an AI module to perform actions using artificial Intelligence procedures trained and set up.
  • a function module can include, for example, a neural network or an ML model according to the present description or a further ML model according to the present description.
  • the further module can then be provided, for example, to carry out special tasks as part of the implementation of the method, e.g. computationally expensive subtasks or computationally expensive special tasks (such as a transformation, an application of AI methods, or similar).
  • special tasks e.g. computationally expensive subtasks or computationally expensive special tasks (such as a transformation, an application of AI methods, or similar).
  • the further module can, for example, be specially designed and set up and/or also include a further program sequence environment for corresponding software.
  • the additional module can include the ML model or the additional ML model, for example.
  • the system for gripping the object is further simplified since the data processing device can be specially adapted to an intended gripping task.
  • this is possible without having to change a central process sequence, which can run, for example, in a central module of the programmable logic controller. Special sub-tasks can then run in the further module, which can then be designed and set up differently depending on the exact gripping task.
  • system described above can also be designed and set up in such a way that the determination of the at least one Item parameters for the item using a ML model takes place and the other module includes the ML model.
  • the ML model can be designed and set up, for example, as an ML model in accordance with the present description.
  • the further ML model can be designed and set up, for example, as a further ML model according to the present description.
  • the at least one object parameter, the object, the control data, the gripping device and the determination of the control data for the gripping device can be designed and set up according to the present description.
  • the ML model can be designed and set up, for example, as a so-called "recognition ML model”.
  • type or ID information relating to the object and/or a stable position of the object can be designed and set up can be designed and set up, for example, as a so-called "deep neural network”.
  • the captured image of the object for example, can be provided or used as input data for such a recognition ML model will.
  • Output data from such a recognition ML model can then be, for example, one, several or all of the parameters mentioned above.
  • the recognition ML model can also be designed and set up to recognize a location, a virtual frame, a type and/or ID information for a plurality of or all of the objects depicted on a captured image.
  • a recognition ML model formed in this way can advantageously be used, for example, if there are other objects on the recorded image of the object.
  • Output data from a recognition ML model designed in this way can then be, for example, the above-mentioned information relating to the object for each of the detected objects: data relating to a location and/or virtual frame and/or ID information.
  • This information can then be used in a further method step, for example, to select the object to be gripped from all the objects detected - for example using the ID information determined.
  • the object parameters then already determined by this recognition ML model can then be used within the framework of a method according to the present description in order to determine the control data for the gripping device for gripping the object.
  • the ML model can be designed and set up, for example, as a so-called "angle recognition ML model", which is designed and set up at least, among other things, to detect a rotation angle of the object on a surface with respect to a fixed or definable starting position.
  • An ML model according to the The present description may also include such an angle detection ML model.
  • Such an angle recognition ML model can be designed and set up, for example, as a so-called regression AI model or also a so-called classification AI model.
  • the captured image of the object can in turn be used as input data for such an angle recognition ML mode11.
  • output data can in turn be, for example, a corresponding angle of rotation of the object on the storage surface with respect to a fixed or definable initial position—or include such a rotation angle.
  • angle detection ML model output data may also include the rotation angle mentioned above, plus the data exemplified above from detection ML model output data.
  • the ML model can be designed and set up, for example, as a so-called "transformation ML model" which is used to determine transformation data from a fixed or definable starting position of the object to the position of the detected object on the storage area formed and set up in the real world.
  • Input data for such a transformation ML mode11 can be, for example, identification data for the object, a stable position of the object and/or a rotation angle of the object on the storage area in relation to a fixed or definable starting position
  • Identification data for the object can be, for example, ID information, description data for a virtual frame around the object, information regarding a stable position and/or scaling data.
  • input data for such a transformation ML model can also be captured image data of an object lying on a flat surface.
  • the input data mentioned above, such as the identification data for the object, a stable position of the object and/or a rotation angle of the object can then be obtained from this image data in a first step, for example, where the procedure then continues in accordance with the above explanation becomes.
  • the recorded image data mentioned of the object lying on the flat surface can also be used directly as input data for a corresponding transformation ML model.
  • Output data of such a transformation ML model can then be, for example, transformation data for the aforementioned transformation of the object from the defined or definable starting position to the real position of the object on the shelf.
  • a fixed or definable starting position of the object can be, for example, the position of a 3D model of the object in a corresponding 3D modeling program (e.g. 3D CAD software). This also applies, for example, to the starting position used in relation to the rotation angle.
  • Such a transformation ML model can be designed and set up, for example, as a so-called “deep neural network” or also a so-called “random forest” model.
  • An ML model according to the present description can include, for example, a recognition ML model and/or an angle recognition ML model and/or a transformation ML mode11.
  • another ML model according to the present description can be, for example, a recognition ML model and/or an angle recognition ML model and/or a transformation ML mode11.
  • an ML model according to the present description can also include, for example, a recognition ML mode11 and/or an angle recognition ML mode11 or such an ML model can be designed and set up.
  • a further ML model according to the present description can, for example, comprise a transformation ML mode11 or be designed and set up as such a transformation ML mode11.
  • a system according to the present description can be designed and set up in such a way that the data processing device comprises an edge device or is designed and set up as an edge device (190), and that the at least one object parameter is also determined of the object using the edge device.
  • an edge device often has higher computing power compared to a more conventional industrial control device, such as a controller or a PLC, such an embodiment further simplifies and/or speeds up a method according to the present description.
  • a method according to the present description is executed entirely on such an edge device.
  • computationally intensive and/or complex method steps are carried out on the edge device are carried out while other method steps are carried out on a further component of the data processing device, for example a controller or a programmable logic controller.
  • Such computationally intensive and/or complex method steps can be, for example, method steps using machine learning techniques or artificial intelligence, such as the application of one or more ML models according to the present description.
  • An edge device can, for example, include an application for controlling devices or systems.
  • an application can be designed and set up as an application with the functionality of a programmable logic controller.
  • the edge device can be connected, for example, to a further control device of a device or system or also directly to a device or system to be controlled.
  • the edge device can be designed and set up in such a way that it is additionally connected to a data network or a cloud or is designed and set up for connection to a corresponding data network or a corresponding cloud.
  • An edge device can also be designed and set up to implement additional functionalities in connection with the control of, for example, a machine, plant or component - or parts thereof.
  • additional functionalities can be, for example:
  • an edge For this purpose, device can comprise an ML model, for example, ML model or further ML model according to the present description.
  • Such a system with an edge device can furthermore be designed and set up in such a way that the at least one object parameter of the object is determined using an ML model and the edge device includes the ML model.
  • such a system with an edge device can also be designed and set up in such a way that the determination of the control data for the gripping device includes using a further ML model and the edge device includes the further ML model.
  • the ML model can be designed and set up, for example, as an ML model according to the present description.
  • the further ML model can also be designed and set up, for example, as a further ML model in accordance with the present description.
  • the identifier comprising ID information for the stable position occupied by the object.
  • the ML model can be designed and set up according to the present description, for example. Furthermore, the described method for generating training data for an ML model can be designed and set up according to the present description.
  • the method mentioned is carried out several times, for example each time with different start data for the object. In this way, a larger number of images with an assigned identifier can be generated for training the ML model.
  • the method can be repeated so often, for example, that several—advantageously also all—of the possible stable positions of the object on the flat surface are shown on at least one of the images.
  • the method can be repeated, for example, so often that as many as possible—advantageously also all—of the possible stable positions of the object of the flat surface are represented in at least two of the images or at least ten of the images.
  • the ML model, the object, the acquisition of the image and the ID information for the stable position assumed by the object can be designed and set up according to the present description.
  • start data can be given, for example, by a height of the object, for example a center of gravity of the object, above the flat surface, an orientation of the object in space, and a vector for an initial speed of the object.
  • the falling movement can be, for example, a movement under the influence of the gravitational force.
  • additional forces such as frictional forces (e.g. in air or in a liquid) and electromagnetic forces can also influence the movement.
  • the movement is dominated by the gravitational force, for example. The case movement begins according to the start data.
  • the ML model can, for example, be designed and set up as a recognition ML model according to the present description or can include such a model.
  • the identifier assigned to the captured image can include, for example, further object parameters in accordance with the present description in addition to the ID information for the stable position occupied by the object. Parameters of such further object parameters can, for example, be information regarding a location and/or position of the object, information regarding a position and/or shape of a virtual frame around the item, a type of item and/or ID information related to the item.
  • the ML model can, for example, also be designed and set up as an angle recognition ML model according to the present description or can include such a model.
  • the identifier assigned to the captured image can include, for example, further object parameters in accordance with the present description.
  • Such further object parameters can include, for example, a rotation angle of the object on the flat surface with respect to a fixed or definable starting position.
  • the ML model can also be designed and set up as a transformation ML model according to the present description or can include such a model.
  • the identifier assigned to the captured image can include, for example, further object parameters in accordance with the present description in addition to the ID information for the stable position occupied by the object.
  • additional object parameters can include, for example, transformation data for the above-mentioned transformation of the object from the defined or definable starting position to the real position of the object on the flat surface.
  • a fixed or definable starting position of the object can be, for example, the position of a 3D model of the object in a corresponding 3D modeling program (e.g. 3D CAD software).
  • identification parameters and/or object parameters mentioned above can be determined at least in part manually, for example, by a user—for example, manually by means of a measurement or with the help of at least partially automated measuring system. Furthermore, such identification parameters can be determined at least partially automatically, for example by image evaluation methods or also additional automatic measuring systems, such as an optical measuring system, a laser measuring system and/or an acoustic measuring system.
  • a method for generating training data for a transformation ML model can be designed and set up by the following method steps:
  • the at least one object parameter relating to the object using the captured image, the at least one object parameter identifying data for the object, a location or position of the object, information regarding a virtual frame around the object, an identifier for a stable position of the object and/or an angle of rotation of the object on the flat surface,
  • the identifier including transformation data for a transformation of the object from a fixed or definable initial position into a real position of the object on the flat surface.
  • the real position of the object is described, for example, by the identifier data for the object, the position of the object, the information relating to a virtual frame around the object, the identifier for a stable position of the object and/or a rotation angle of the object.
  • identification data for the object can be or include, for example, ID information, description data for a virtual frame around the object, ID information regarding a stable position and/or scaling data.
  • the transformation data, the defined or definable starting position, the rotation angle of the object, the identifier for a stable position of the object and at least one object parameter can be designed and set up according to the present description. Furthermore, the location or position of the object and/or the information relating to a virtual frame around the object can also be designed and set up in accordance with the present description.
  • the training data can be stored in a memory device and/or, for example, in a database or data collection for corresponding training data.
  • the ML model can be designed and set up according to the present description, for example. Furthermore, the described method for generating training data for an ML model can be designed and set up according to the present description.
  • the method mentioned can be executed several times - e.g. each time with different start data for the object - in order to generate, for example, a plurality of images with an assigned identifier for training the ML model.
  • the method can be repeated so often, for example, that several—advantageously all—of the possible stable positions of the digital model of the object on the virtual flat surface are shown on at least one of the images.
  • the method can, for example, so frequently be repeated that as many as possible—advantageously also all—of the possible stable positions of the digital model of the object on the virtual flat surface are represented on at least two of the images or at least ten of the images.
  • the ML model, the object, the capturing of the image and the ID information for the stable position assumed by the object can be designed and set up according to the present description.
  • the start data can be given, for example, by a height of the object (e.g. a height of a center of gravity of the object) above the flat surface, an orientation of the object in space, and a vector for an initial velocity of the object.
  • a height of the object e.g. a height of a center of gravity of the object
  • an orientation of the object in space e.g. a vector for an initial velocity of the object.
  • the falling movement can be simulated, for example, as a movement under the influence of the gravitational force. Furthermore, additional forces such as frictional forces (e.g. in air or in a liquid) and electromagnetic forces can be taken into account in the simulation. In an advantageous embodiment, the movement is simulated, for example, only taking into account the gravitational force.
  • the simulation of the fall movement then begins according to the start data.
  • the ML model can, for example, be embodied and set up as a recognition ML model according to the present description or can comprise such.
  • the identifier for the created image in addition to the ID information for the stable position occupied by the 3D model of the object, can include, for example, further object parameters in accordance with the present description.
  • Such further Item parameters can be, for example, information about a location and/or position of the 3D model of the item, information about a location and/or shape of a virtual frame around the 3D model of the item, a type of the item and/or or include ID information related to the item.
  • the ML model can, for example, also be designed and set up as an angle recognition ML model according to the present description or can include such a model.
  • the identifier assigned to the captured image can include, for example, further object parameters in accordance with the present description.
  • additional object parameters can include, for example, a rotation angle of the 3D model of the object on the virtual flat surface with respect to a fixed or definable starting position.
  • the ML model can, for example, also be designed and set up as a transformation ML model according to the present description or can include such a model.
  • the identifier assigned to the captured image can include, for example, further object parameters in accordance with the present description.
  • additional object parameters can include, for example, transformation data for the aforementioned transformation of the 3D model of the object from a fixed or definable starting position into a real position of the object on the storage area.
  • a fixed or definable starting position of the 3D model of the object can be, for example, the position of the 3D model of the object in an appropriate 3D modeling program (e.g. 3D CAD software).
  • the identification parameters and/or object parameters mentioned above can be determined automatically, for example. Since all size data, location data and other data describing a location and/or position of the object are known in the digital simulation environment (otherwise a simulation of the object, in particular a physical simulation, would not be possible), a position of the object, a position of the object, a rotation angle of the object with respect to the virtual planar surface, transformation data according to the present description and other comparable object parameters with respect to the 3D model of the object can be taken directly from the simulation system. It is therefore possible for an above-described method for generating training data using a 3D model of the object to run automatically and training data for an ML model in accordance with the present description can thus be generated or are generated automatically.
  • the respective identification parameters mentioned above can also be determined at least partially manually by a user--for example manually by means of a measurement or with the aid of an at least partially automated measuring system.
  • identifier parameters can be determined at least partially automatically, for example by image evaluation methods or also additional automatic digital measuring systems in a simulation environment for carrying out the method described here.
  • a method can be used to generate training data for a Transformation ML model must be designed and set up using the following procedural steps:
  • the at least one item parameter being identification data for the item, a location or position of the 3D model of the item, information relating to a virtual frame around the 3D model of the object, an identifier for a stable position of the 3D model of the object and/or a rotation angle of the 3D model of the object on the virtual planar surface,
  • the identifier including transformation data for a transformation of the 3D model of the object from a fixed or definable starting position to a determined position of the 3D model of the object on the virtual flat surface
  • the training data can be stored in a memory device and/or, for example, in a database or data collection for corresponding training data.
  • the determined position of the object is example, by the identifier data for the 3D model of the object stands, a location or position of the 3D model of the object stands, information regarding a virtual frame around the 3D model of the object, the identifier for describes a stable position of the 3D model of the object and/or a rotation angle of the 3D model of the object.
  • identification data for the 3D model of the object can be or include, for example, ID information, description data for a virtual frame around the 3D model of the object, ID information for a stable position and/or scaling data.
  • the transformation data, the defined or definable starting position, the rotation angle of the 3D model of the object, the ID information or identifier for a stable position of the 3D model of the object and the at least one object parameter can be designed and set up according to the present description be. Furthermore, the location or position of the 3D model of the object and/or the information regarding a virtual frame around the 3D model of the object can also be designed and set up according to the present description.
  • the identifier comprising ID information for the stable position assumed by the 3D model of the object
  • the training data can be stored in a memory device and/or, for example, in a database or data collection for corresponding training data.
  • the ML model can be designed and set up according to the present description, for example. Furthermore, the described method for generating training data for an ML model can be designed and set up according to the present description.
  • the method mentioned can also be carried out several times here in order, for example, to generate as large a number of images as possible with an assigned identifier for training the ML model.
  • the process can, for example, be repeated so often that several—advantageously all—of the possible stable positions of the digital model of the object on the virtual flat surface are shown on at least one of the images.
  • the method can be repeated, for example, so often that as many as possible—advantageously also all—of the possible stable positions of the digital model of the object on the virtual flat surface are displayed in at least two of the images or at least ten of the images .
  • the aforementioned methods for generating training data can also be developed in such a way that the respective methods continue to be designed and set up for training an ML model according to the present description, or for training a further ML model according to the present description is that the ML model or the further ML model is trained for the stable position occupied by the object or the 3D model of the object using the captured or determined image and at least the ID information associated therewith.
  • the ML model and/or the further ML model can be designed and set up, for example, as a recognition ML model and/or an angle recognition ML model and/or a transformation ML model or such ML -Models include .
  • the ML model and/or the further ML model can therefore include the function of one, two or also all three of the ML models mentioned.
  • the ML model can be designed and set up, for example, as a recognition ML model and/or an angle recognition ML model, while the further ML model is designed and set up, for example, as a transformation ML model can be set up.
  • the method can be used, for example, to train a recognition ML model according to the present description, an angle recognition ML model according to the present description and/or a transformation ML model according to the present description.
  • the training of the ML model and/or the additional ML model can continue, for example, using the captured image of the object, a position of the object, ID information of the object, a rotation angle of the object and/or an identifier take place with respect to a stable position occupied by the object.
  • the position of the object, the ID information of the object, the angle of rotation of the object and/or the identifier with regard to the stable position occupied by the object are used to train the ML model and/or the further ML model associated captured image of the object.
  • Such an assignment of parameters—in this case to the captured image— is generally also referred to as so-called “labelling”.
  • the captured image can be labeled, for example, with a position of the object, ID information for the object and/or an identifier for a stable position assumed by the object.
  • an ML model designed as a rotation recognition ML model for example, the captured image of the object with a position of the object, ID information of the object, a rotation angle of the object and/or an identifier with regard to a stable position occupied by the object location to be labeled.
  • the captured image can be labeled, for example, with appropriate transformation data for transforming an initial position of the object into the position assumed on the captured image.
  • at least one object parameter determined using the captured or created image can be used according to the present description, for example with corresponding transformation data for transforming an initial position of the object into the image on the captured or created image occupied position are labeled.
  • the object mentioned above is also achieved by using training data generated by means of a method for generating training data according to the present description for training an ML model, in particular an ML model according to the present description.
  • an ML model in particular ML model according to the present description, wherein the ML model was trained using training data generated using a method for generating training data according to the present description became.
  • a method or a system for determining control data for a gripping device according to the present description can be designed and set up in such a way that an ML model used in the implementation of the method in the named system was trained using training data which were generated using a method for generating training data according to the present description.
  • This exemplary embodiment is based on the problem that in many manufacturing processes parts are made available via so-called "chutes" as a transport system. Such parts can come, for example, from external suppliers or from an upstream internal production process. For the further manufacturing process, it is For example, it is necessary for these parts to be isolated and individually manipulated or transported in a specific way. Especially for manufacturing processes in which this further treatment is carried out by robotic arms, precise information regarding the position and orientation of the isolated parts is necessary However, the location and position of the parts during pouring is completely random and cannot be defined in a predetermined way, so this data must be determined dynamically in order to be able to successfully grip and transport these parts with a robot arm, for example.
  • An exemplary method and system for gripping an object can, for example, be designed and set up in the context of this exemplary embodiment such that the system can localize objects or parts for which a 3D model of the object or part is available.
  • a 3D model can, for example, have been created by 3D CAD software.
  • Such a method can be executed, for example, on different hardware devices, for example a programmable logic controller, a modular programmable logic controller, an EDGE device or using computing capacity in a cloud, for example to do the appropriate image processing.
  • a stored-program controller can, for example, be designed in such a way that method steps using artificial intelligence or machine learning techniques are carried out in a special functional module for the stored-program controller for carrying out artificial intelligence methods.
  • modules can include a neural network, for example.
  • the exemplary system described below can recognize the 6D orientation of any object using, for example, a corresponding 3D model of the object so that the object can be reliably grasped at a gripping point specified in the 3D model. This allows the system to feed corresponding feed parts to a specific production step, for example, with a high level of repeatable accuracy.
  • a general structure of a system for carrying out such a method can include, for example, the following components: a.) A transport system for parts to be processed with a flat surface, optionally with a vibration separating device; b.) A robotic arm for gripping the parts to be processed; c.) A camera for capturing image data of the parts to be processed on the transport system for a corresponding camera controller; d.) A programmable logic controller (PLC) to provide gripping coordinates of the feed parts and to transmit them to the robot; e.) A Karnera controller to identify the parts (classification) and to determine their orientation (detection/segmentation) and for determining the gripping coordinates.
  • PLC programmable logic controller
  • Such an exemplary system can thus include, for example: the PLC, the camera controller, the camera, software that runs on the respective components, and additional software that generates input values for the software mentioned.
  • the system described by way of example is configured and arranged to recognize the parts, then to select a particular part to be gripped and to determine the gripping points for that part to be gripped.
  • the software and the other software carry out the following steps, for example:
  • Image segmentation In a first step, the image is segmented using an AI model (“M-Seg”).
  • M-Seg is an example of a recognition ML model according to of the present description. It is assumed that each of the parts is considered in isolation, as if it were lying individually on the tray or feeder.
  • a rectangular virtual bounding box is then attached to each of the parts (location in X , Y) is determined, a type of the object is determined and a position/scaling is calculated in the X, Y direction.
  • the position corresponds to the approximate orientation in the rotation dimension of the 6D space, based on the possible stable positions of the parts, such as they are explained below.
  • the selected part in particular for example the associated virtual bounding box, then defines the "Region of Interest" (ROI) to which the following steps are applied. 2.
  • ROI Restion of Interest
  • the rotation angle of the selected part in relation to the storage area is calculated. This is done with a so-called regression and/or classification AI model ("M-RotEst").
  • M-RotEst is an example of an angle recognition ML model according to the present description.
  • M part ID, assumed stable position, rotation angle
  • type of part part ID
  • a 3D model of the selected part is selected, for example, from a corresponding database.
  • an image evaluation method such as SURF, SIFT or BRISK is then applied to the ROI. In doing so, the recognized features of the 3D model of the selected part and on the captured image of the part are compared. This latter step results in the transformation data between the 3D model of the selected part and the selected part on the captured camera image in reality.
  • This transformation data can then be used to transform grip points identified in the 3D model into real space in such a way that the coordinates of the grip points for the selected part are then available.
  • This third AI model M (part ID, assumed stable position, angle of rotation) is an example of a transformation ML model according to the present description. A description is given below of how the aforementioned software or the aforementioned ML models (eg M-Seg, M-RotEst and M (part ID, assumed stable position, angle of rotation)) can be set up or trained to carry out the method described .
  • a 3D model of the part to be gripped is provided as an input, with possible gripping points for the part being specified or marked in the 3D model.
  • possible stable positions of the part on a flat surface are then determined in a first step. Since such a possible stable position is a position in which the object is in equilibrium and does not tip over. In the case of a coin, for example, this is also a position in which the coin stands on its edge.
  • These possible stable positions can be determined, for example, by dropping the objects with a wide variety of initial conditions onto a flat surface. This can be done in reality or in a corresponding physical simulation using a 3D model of the part. Then, both in the simulation and in reality, you wait until the part stops moving. The position then reached is regarded as a stable position and recorded as such.
  • Another option for determining possible stable positions is to determine those positions in which the selected part touches a flat surface at (at least) three points, with the object then not penetrating the surface at any other point. Den in one of the ways described A unique identifier is then assigned to each of the stable positions determined.
  • training data for the segmentation ML model (M-Seg) is generated.
  • the training data consists of a set of images with detected objects, annotated or labeled with the respective location of the object, ID information or a type of object, as well as a correspondingly assumed stable position.
  • This data can be generated, for example, by positioning various objects in corresponding stable positions in the real world.
  • 3D models of the objects can also be arranged virtually in a raytracer software or game engine in stable positions, with corresponding images of these objects then being generated artificially.
  • the label for each of the objects consists of a rectangular virtual bounding box (xl, yl, x2, y2), the object type and an identifier for the stable position occupied.
  • the rotation angle of the selected part in relation to a surface normal of the storage area is still assigned as a label. If a simulation is used to generate such data, for example using a raytracer engine, this data can be automatically generated for the label in the captured images.
  • All of the data generated in this way can then be used, for example, to train a deep neural network, with standard architectures such as YOLO for example the M-Seg model and a convolutional neural network can be used for the regression and the regression model, respectively.
  • reference images of the respective parts are then generated in the respective stable positions. This can in turn be done using real objects or also be generated by the virtual simulation mentioned.
  • the use of real objects has the disadvantage that the labeling has to be done manually.
  • the data required for labeling can be generated automatically and the labeling can therefore also run automatically.
  • the transformation data can also be determined more precisely if the images are generated on the basis of a physical simulation with 3D models.
  • the generated transformation data then make it possible to transform gripping points marked in the 3D model of a specific part into the coordinates of corresponding gripping points of a real detected part using the methods described above, so that a gripping device can grip the real part at the corresponding gripping points using these coordinates can.
  • FIG. 1 Example of a system for gripping an object
  • FIG. 2 Example of a 3D model with gripping points and stable positions shown
  • FIG. 3 Method examples for determining stable positions of an object
  • FIG. 4 method examples for training an ML model
  • FIG. 5 Method examples for generating training data for an ML model
  • FIG. 6 Example of a method for gripping an object
  • FIG. 7 example of a captured camera image of objects including a representation of the associated 3D models
  • FIG. 8 shows a second example of a system for gripping an object
  • FIG. 9 a third example of a system for gripping an object.
  • FIG. 1 shows a gripping system 100 as an exemplary embodiment of a system according to the present description.
  • This exemplary gripping system 100 is designed and set up for detecting, selecting and gripping and transporting objects 200 on a transport device 110 .
  • FIG. 1 shows a cuboid gripping object 200, which is transported within a transport device 110 to a level storage surface 112 and placed there. Furthermore, a camera 130 for capturing the storage area 112 with the gripping object 200 is provided, which is connected to an industrial PC 140 ei.
  • the industrial PC 140 includes image evaluation software that includes a neural network 142 . Using this image evaluation software with neural network 142, the images captured by camera 130 are evaluated in such a way that gripping object 200 and other possible objects are recognized and data for gripping points for gripping this object are determined using a method described in more detail below .
  • FIG. 2 shows a 3D model 250 of the cuboid gripping object 200.
  • the 3D model 250 of the cuboid gripping object 200 in FIG. 2 is in a perspective view (far left in FIG. 2) and in its three stable positions presented in the present description.
  • three of the six sides of the 3D model 250 of the cuboid 200 are also marked with corresponding numbers.
  • the stable positions 1, 2 and 3 of the 3D model 250 are each represented in a view from above.
  • gripping points 255 provided for gripping the corresponding object are shown as black squares in the 3D model 250 .
  • the gripping points 255 are points at which a corresponding cuboid 200 can advantageously be gripped by a gripping device 120, 122.
  • the 3D model 250 was thereby from a corresponding 3D CAD program. Within this program, the corresponding Mode11 grips 255 were identified in the 3D model 250.
  • “Stable position 1" shown in FIG. 2 shows a position of the 3D model 250 in which it comes to rest on the long, narrow side and the long, narrow side parallel thereto, which is identified by a number 1 in FIG.
  • the “stable position 3" shown in FIG. 2 shows a position in which the short, narrow side of the 3D model 250, which is identified by a number 3 in FIG. 2, faces upwards.
  • the stable positions shown in FIG. 2 can be determined using a method according to the present description. Some examples of such a method are explained in more detail in connection with FIG. 3 below.
  • FIG. 3 shows three exemplary methods 410, 420, 430 for determining one or more stable positions of an object or object.
  • a specific object type is selected in a first step 412, for which one or more stable positions are to be determined.
  • this object is dropped onto a flat surface with random initial conditions.
  • the random initial conditions include a randomly determined height above the level surface and an in Direction and speed any initial speed for the selected object.
  • a step 416 it is awaited until the dropped object stops moving. Once this has come to rest, an image of the object on the flat surface is captured, for example with a camera.
  • a next step 418 the stable position occupied by the object on the flat surface is then identified and an identifier unique to the occupied stable position is determined. This unique identifier for the assumed stable position is then assigned to the captured image.
  • a combination of a captured image determined in this way with a unique identifier for the stable position occupied by the object in the image can then be used, for example, for later comparable measurements in order to assign correspondingly unique identifiers to stable positions.
  • a database relating to the stable positions of objects can be set up with the aid of such image-identification combinations.
  • image identifier combination can be used to train an ML model according to the present description.
  • method step 418 is again carried out in turn as method step 414, for example with the same object and different initial conditions.
  • a new image-identification combination is then generated, which can then be handled as already described above. This is marked with an arrow between method steps 418 and 414 in FIG.
  • the method can be carried out until sufficient image-identifier combinations are available, for example for a database or also for training a corresponding ML model.
  • FIG. 3 also shows a first automatic method 420 for determining stable positions of one or more objects.
  • a first step 422 an object is selected for which correspondingly stable positions are determined.
  • a corresponding 3D model is then selected for this object.
  • Such 3D models can be created or have been created, for example, with appropriate 3D CAD programs.
  • a next step 424 the fall of such an object onto a flat surface is then simulated using the 3D model of the object onto a virtual surface using a simulation environment with a physical simulation (for example with a so-called "game engine ").
  • the initial conditions can be chosen randomly, for example with regard to speed and direction.
  • the simulation is then continued until the simulated object no longer moves within the scope of normal measurement accuracy.
  • An image of the 3D model of the object that has come to rest on the virtual flat surface is then generated with the aid of the simulation environment. The image is generated in such a way that it corresponds to a camera shot of a real object corresponding to the 3D model on a real flat surface corresponding to the virtual surface.
  • a unique identifier for the stable position assumed by the 3D model on the image is assigned to this created or generated image.
  • this image-identifier combination can then be used to set up a corresponding database or to train a corresponding ML model.
  • the method mentioned can then be carried out several times, in that method step 428 is then followed by method step 424 again.
  • this subsequent step 424 the case of a 3D model is then simulated, for example with different initial conditions. This is shown in FIG. 3 by a corresponding connecting arrow between method step 428 and method step 424.
  • FIG. 3 shows a second automatic method 430 for determining stable object positions.
  • an object is selected in a first step 432, for which subsequently stable object positions are determined.
  • this second automatic method works using a 3D model of the selected object type.
  • the individual positions of the selected 3D model on a virtual surface, in which the 3D model touches the virtual flat surface at three or more points are determined in corresponding simulation or CAD software, without the 3D model penetrating this flat surface at further points.
  • a next step 436 comparable to the first automatic method 420, one or more images of the 3D model on the virtual flat surface are then generated from each of these determined positions of the 3D model on the virtual flat surface.
  • different virtual camera positions can be used for each of the images.
  • a unique identifier for the stable position assumed by the object on the respective image is then assigned to the corresponding images created.
  • FIG. 4 shows two examples of methods 510, 520 for generating training data for a recognition ML model and/or an angle recognition ML model.
  • the first method 510 shown on the left in FIG. 4 is provided for the manual or partially automated determination of training data for a recognition ML model and/or an angle recognition ML model.
  • a specific object type is selected for which corresponding training data are to be generated.
  • stable object positions for this type of object are determined on a flat surface.
  • Methods according to the present description can be used, for example.
  • a plurality of images are generated using the selected object in various different positions, various stable attitudes and various angles of rotation about a surface normal of the planar surface or are selected, for example, from a database or image collection.
  • identification data for the object is assigned to the respective images, for example data relating to a virtual frame around the object, an object type, an identification for the assumed stable position and/or a location.
  • the identifier data also includes a rotation angle.
  • the automatic, simulation-based method 520 shown on the right-hand side of FIG. 4 again begins in a first method step 522 with a selection of an object type and a correspondingly associated 3D model for this object type.
  • the 3D model can be designed and set up according to the present description, for example.
  • the stable object positions are again automatically determined using the 3D model of the selected object type.
  • This automatic determination can be made, for example, according to the present description.
  • a set of images is automatically generated using the 3D model of the selected object type in various positions, stable attitudes and rotation angles. These images can, for example, in turn be generated according to the present description, for example using a corresponding ray tracer engine.
  • the generated images are then automatically annotated or labeled with appropriate characteristic data.
  • characteristic data is, for example, information regarding a virtual frame around the displayed object, an object type, an identifier regarding a stable position of the object and/or a position of the object.
  • the training data is provided for training an angle recognition ML model, then the characteristic data include also a rotation angle.
  • the characteristic data mentioned can be automatically annotated or labeled, since this data is already known when the image is generated thanks to the virtual generation of the images using a simulation environment and a corresponding raytracer engine.
  • the method steps are then carried out, beginning with method step 522 for a further object type. This loop is carried out until training data has been generated for all those objects which are required for an application of the corresponding ML model.
  • Two methods 610, 620 are shown in FIG. 5, which are examples of methods for generating training data for a transformation ML model.
  • a first manual method 610 is shown on the left-hand side of FIG.
  • a specific object type is again selected for which corresponding training data is then generated.
  • an image is then generated using the selected object type, e.g. after the selected object has been dropped onto a flat surface with arbitrary initial conditions (e.g. regarding altitude and starting velocity vector).
  • object position data are then determined from the generated image.
  • object location data can be, for example, a position of the object, an identifier for the object, information about a virtual bounding box around the object, a rotation angle and/or an assumed stable position.
  • transformation data for transforming a 3D model of the selected object into the position of the model on the generated image are determined. This can be achieved, for example, by overlaying the captured image with a representation of the 3D model on a computer screen and transforming or rotating and shifting and escalating the 3D model image of the object through manual transformation actions of a user that it matches the ob ect shown on the generated image. From the transformation operations used, the desired transformation data can then be determined in a manner known to those skilled in the art.
  • this transformation data is then assigned, for example, to the generated image or also to the determined object location data.
  • These annotated or labeled images or annotated or labeled location data can then be used to train a corresponding transformation ML model.
  • procedural steps are then repeated, beginning with procedural step 614, until sufficient training data has been generated for the selected object type.
  • This loop is symbolized by a corresponding arrow at the right side of the manual experimental procedure 610 shown.
  • Method step 618 for annotating an image or position data
  • the manual method 610 begins again in the first method step 612 for selecting a new object type, after which corresponding training data for this additional object type are determined. This loop is symbolized by a dashed arrow on the left side of manual process 610 shown in FIG.
  • the sequence of the manual method 610 presented above is carried out until sufficient training data has been determined for all relevant object types.
  • An exemplary automatic method 620 is shown on the right-hand side of FIG. 5, with which training data for a transformation ML model can be generated in an automated and simulation-based manner.
  • a specific object type and a corresponding 3D model for it are also determined here.
  • an image of the selected 3D model is automatically generated in any position, with any angle of rotation and in any stable position.
  • This can be done, for example, by means of a physical simulation in which the fall of a corresponding object with any starting conditions (e.g. with regard to height and velocity vector) is simulated on a flat surface, and then an image of the object is generated using a corresponding raytracer engine , after it has come to rest again in the simulation.
  • This generation of an image can be designed and set up, for example, in accordance with the present description.
  • the images can also be generated, for example, by displaying or rendering the 3D model of the object with different positions, angles of rotation and stable positions on an image—eg by appropriate 3D modeling - or 3D CAD tool.
  • object position data are automatically taken from the generated image or directly from the corresponding simulation environment or the corresponding 3D modeling or 3D CAD tool.
  • object position data can in turn include, for example, a position, information regarding a virtual bounding box around the object, a rotation angle and/or an identifier for an assumed stable position of the object.
  • transformation data of the 3D model of the object are then generated automatically into the object located in the simulation environment or the object represented on the generated image. This can be done, for example, by importing the 3D model of the object into the simulation environment and subsequent automatically determined or indirect transformation operations in such a way that the imported 3D model of the object is transferred to the object on the flat surface in the assumed stable position.
  • This sequence of transformation operations can then already represent the corresponding transformation data.
  • this sequence of transformation operations can be converted into the transformation data in a manner known to those skilled in the art.
  • the generated image or the position data determined for it is annotated or labeled with these corresponding transformation data.
  • the so labeled images or location data can then be used as training data for a corresponding transformation ML model.
  • a first method loop back to method step 624 can also generate further images for the selected object type and thus also further training data for this object type for a transformation ML model .
  • This first loop is identified in FIG. 5 by an arrow on the left side of the automated method 620 process flow.
  • a new object type is selected in a second superimposed process loop, starting again at the first process step 622, and the process explained above is then carried out for this additional object type.
  • This second superimposed process loop is represented in FIG.
  • the entire automatic process 620 is then executed until sufficient training data is available for all required object types to train a corresponding transformation ML model.
  • FIG. 6 shows an example of a method sequence for grasping an object from a surface using a recognition ML model or an angle recognition ML model and a transformation ML model according to the present description. The method shown in FIG. 6 is explained in more detail below using the example of the system shown in FIG.
  • the camera 130 takes a camera shot of the cuboid 200 located on the storage area 112.
  • this camera image is transmitted to the industrial PC 140, on which corresponding image evaluation software including a corresponding recognition ML model or also a corresponding angle recognition ML model is implemented.
  • the neural network 142 shown in FIG. 1 is an example of such a recognition ML model or such an angle recognition ML model.
  • a virtual boundary frame (a so-called "bounding box") around the imaged cuboid 200 is determined, as well as an object type for the detected cuboid 200 and its position and scaling on the recorded image as well as a stable position taken thereby determined.
  • This determination of the parameters mentioned can, for example, be designed and set up as explained in more detail in the present description.
  • an angle recognition ML mode 11 can also be used, in which case a rotation angle about a surface normal of the storage area 112 is then determined as an additional parameter.
  • This determination can also be designed and set up according to the present description, for example.
  • method step 711 is carried out for each of the objects displayed.
  • step 712 for example, that virtual boundary frame is selected in which the object that is to be gripped by the robot 120 is located.
  • the selected bounding box corresponds to the one around box 200.
  • transformation data for a transformation of a 3D model 250 for the cuboid 200 into the cuboid 200 located on the storage area 112 are generated using a transformation ML model that has been trained accordingly for this application.
  • characteristic position data of the cuboid 200 such as its position, information on the virtual boundary frame around the cuboid, the stable position assumed, a rotation angle with respect to a surface normal of the storage area 112 or comparable position data are entered into the transformation ML mode11 .
  • This then supplies the corresponding transformation data for the transformation of the 3D model 250 of the cuboid 200 into the cuboid 200 located on the storage area 112.
  • the transformation data generated in method step 713 are then applied in a further method step 715 to the coordinates of the model gripping points 255, which were determined in method step 714, in order to calculate concrete robot gripping coordinates for gripping the Cuboid 200 to be determined on the shelf 112.
  • the corresponding robot gripping coordinates are designed and set up in such a way that the gripper 122 of the robot 120 approaches the cuboid 200 at one or more gripping points, where these gripping points correspond to model gripping points 255 in the 3D model 250 of the cuboid 200.
  • method steps 711 to 715 are taking place in industrial PC 140, for example, the robot gripping coordinates generated in method step 715 are then transmitted from industrial PC 140 to PLC 150 in a next method step 716.
  • this data is subsequently converted by the PLC 150 into corresponding control data for the robot 120 and transmitted to the robot 120 . This then grips the cuboid 200 at the calculated gripping points in order to subsequently transport it to a desired storage location.
  • FIG. 7 shows two 3D models 250, 350 on the left-hand side, with a 3D model 350 of a pyramid also being shown in addition to the 3D model 250 of the cuboid 200 already shown in FIG.
  • corresponding model gripping points 255 are marked in the 3D model 250 of the cuboid 200 , which identify suitable points on the corresponding cuboid 200 at which a gripper can advantageously attach to grip the cuboid 200 .
  • model grip points 355 for gripping a corresponding pyramid are identified.
  • a camera image 132 is shown as an example, on which cuboids 200, 210, 220 as well as located on a corresponding flat surface Pyramids 300, 310 were captured.
  • the three cuboids 200, 210, 220 shown correspond to the 3D model 250 of the cuboid, which is shown on the left-hand side of FIG.
  • the two pyramids 300, 310 correspond to the 3D model 350 of the pyramid shown on the left-hand side of FIG.
  • a first cuboid 200 shown on the camera image 132 is in the second stable position for this cuboid 200, as was shown in the context of the explanations relating to FIG.
  • the large, long side which is marked with the number 2 in FIG. 2, points upwards.
  • a corresponding gripping point 205 is marked on the camera image 122 on the cuboid 200, which corresponds to the Model1 gripping point 255 shown in FIG. 2 in the second stable position.
  • transformation data can then be calculated, for example, with which the parameters for the corresponding model gripping point 255 can be converted into coordinates for the gripping point 205 of the cuboid 200 on the camera image 132.
  • This transformation data can then be used, for example, to determine control data for a robot so that it can grasp the cuboid 200 at the gripping point 205 with a suction gripper and thus transport it.
  • the camera image 132 also shows a virtual boundary frame 202 around the cuboid 200 shown.
  • This virtual boundary frame 202 can be used, for example, to define a corresponding "Region of Interest" (ROI) for this cuboid 200.
  • ROI "Region of Interest”
  • the data on this virtual boundary frame 202 for the cuboid 200 shown determine further parameters for the cuboid, such as a position, a scaling factor or an estimate for a rotation angle and/or a stable position.
  • a second cuboid 210 is shown in a comparable manner in FIG. 7, which is in a first stable position, as explained in FIG.
  • the short, long side of the cuboid 210 which is denoted by the number 1 in FIG. 2, points upwards.
  • a corresponding cuboid gripping point 215 is again shown on the camera image 132, which corresponds to the model gripping point 255, which in FIG. 2 corresponds to the view of the stable position 1 of the 3D model 250 of the cuboid.
  • a virtual bounding box 212 around the second square 210 is also shown here.
  • FIG. 7 shows a third cuboid 220 on the camera image 132, which in turn is in the second stable position according to FIG.
  • a corresponding gripping point 225 is also shown here, which corresponds to the model gripping point 255 shown in FIG. 2 in the second stable position.
  • a corresponding virtual boundary frame 222 is also assigned to the third cuboid 220 and is shown on the camera image 132 .
  • the camera image also shows a first pyramid 300 with a gripping point 305 which is visible in the corresponding stable position and which corresponds to one of the gripping points 355 of the pyramid model.
  • a corresponding virtual boundary frame 302 is also drawn in around this first pyramid 300, which can be used, for example, to select the pyramid for a subsequent gripping at the gripping point 305.
  • the camera image 132 also shows a second pyramid 310 in a stable position for a pyramid 300, 310 of this type.
  • a corresponding virtual boundary frame 312 is also drawn on the camera image 132 for this second pyramid 310 .
  • Such a camera image 132 could be captured, for example, if three cuboids 200, 210, 220 according to the 3D model 250 of these cuboids 200, 210, 220 are located on the storage surface 112 of the transport device 110, as shown in FIG , and two pyramids 300, 310 according to the 3D model 350 of these pyramids 300, 310.
  • the virtual boundary frames 202, 212, 222, 302, 312, for example can then be determined, as well as the respective positions, stable positions and angles of rotation of the objects 200, 210, 220, 300, 310 represented. Then, for example, the first cuboid 200 can be selected in a corresponding selection step.
  • transformation data can then be determined from the determined position data and parameters of the first cuboid 200 on the camera image 132, with which the 3D model 250 of the cuboid 200 transforms itself into the cuboid located on the camera image 132 in reality can be transformed.
  • This transformation data can then be applied to convert the cuboid model1 grip points 255 into coordinates of the cuboid 200 grip points 205 on the camera image 132 .
  • robot data for controlling a robot which has a suction gripper, for example, can then be determined. With this, the cuboid 200 can then be grasped at the cuboid gripping points 205 and transported.
  • FIG. 8 shows a modification of the gripping system 100 already shown in FIG. 1.
  • the industrial PC 140 shown in FIG other for evaluating images of the camera 130 is designed and set up.
  • the edge device can, for example, be designed and set up according to the present description and, for example, can also be connected to a cloud, not shown in FIG. 8, in addition to being coupled to PLC 150. Provision can furthermore be made for the image evaluation method for evaluating the images captured by the camera 130, or at least parts thereof, to run on this cloud.
  • FIG. 9 shows a further modification of the gripping system 100 shown in FIGS. 1 and 8, the images captured by the camera 130 being evaluated in the PLC 150 in the gripping system 100 shown in FIG.
  • the PLC 150 includes a central control assembly 152, which has a sequence environment 154 for running a corresponding control program, including for controlling the transport device 110 and the robot 120.
  • the PLC 150 also includes an input/output assembly 158, via which the PLC 150 communicates with the transport device 110 and the robot 120.
  • the PLC 150 further summarizes a function module 160 for the expiry of a Image evaluation method for evaluating images from the camera 130, wherein the functional module 160 includes a neural network 162, which is an exemplary embodiment, for example, for a recognition ML model according to the present description, an angle recognition ML model according to the present description and/or a Transformation ML model according to the present description.
  • a neural network 162 which is an exemplary embodiment, for example, for a recognition ML model according to the present description, an angle recognition ML model according to the present description and/or a Transformation ML model according to the present description.
  • the central module 152, the input/output module 158 and the function module 160 of the PLC 150 are coupled to one another via an internal backplane bus 156.
  • the communication between these modules 152, 158, 160 takes place, for example, via this backplane bus 156.
  • the PLC 150 can be designed and set up in such a way that, as part of a method according to the present description, all of the work steps that use an ML model take place in the function module 160 of the PLC 150, while all other work steps are part of the method mentioned be executed by a control program running in the runtime environment 154 of the central module 152 .
  • the PLC 150 can, for example, also be designed and set up in such a way that, as part of a method according to the present description, all work steps related to the evaluation of images, in particular images from the camera 130, run in the function module 160 while the work steps for controlling the transport device 110 and the robot 120 are carried out by a control program running in the process environment 154 of the central control assembly 152 .
  • the PLC 150 can be set up very effectively to run a method according to the present description, since computationally intensive special tasks, such as the treatment of the ML models mentioned or the evaluation of images, are outsourced to the special function module 160 and all other method steps can take place in the central module 152.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung (120, 122) zum Greifen eines Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310), umfassend die Schritte: - Erfassen eines Bilds (132) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310), - Bestimmung mindestens eines Gegenstandsparameters (202, 212, 222, 302, 312) für den erfassten Gegenstand (200, 210, 220, 300, 310), - Ermittlung von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung (120, 122) zum Greifen des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) an mindestens einem Greifpunkt (205, 215, 225, 305, 315), wobei das Ermitteln des mindestens einen Greifpunkts (205, 215, 225, 305, 315) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) unter Verwendung von Informationen bezüglich mindestens einer möglichen stabilen Lage des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) erfolgt, und wobei die mögliche stabile Lage des Gegenstands derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass alle diejenigen Lage-Daten des Gegenstands dieser möglichen stabilen Lage zugeordnet werden, die durch eine Verschiebung und/oder eine Rotation um eine Oberflächennormale einer Auflagefläche, auf welcher der Gegenstand liegt, ineinander überführbar sind.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ermitteln von Steuerungsdaten für eine Grei feinrichtung zum Greifen eines Gegenstands
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermit teln von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung zum Grei fen eines Gegenstands umfassend die Schritte:
- Erfassen eines Bilds des Gegenstands,
- Bestimmung mindestens eines Gegenstandsparameters des Ge genstands, und
- Ermittlung von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung zum Greifen des Gegenstands an mindestens einem Greifpunkt.
Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
So offenbart z.B. die Offenlegungsschrift US 2020/0164531 Al beispielsweise ein System zum Greifen von Gegenständen, wel ches eine Erkennungs-Einrichtung zum Erkennen der Identität, eines Ortes und einer Ausrichtung eines Objektes umfasst so wie ein AuswählSystem zum Auswählen einer Greifstelle für ein jeweiliges Ob ekt. Die Greifstelle kann beispielsweise von einem Nutzer ausgewählt werden. Weiterhin kann mit den Infor mationen bezüglich von Nutzern ausgewählten Greifstellen ein entsprechendes System trainiert werden, um unter Verwendung dieser Informationen die Bestimmung von Greifstellen zu auto matisieren .
Es ist ein Nachteil des Standes der Technik, dass die Bestim mung der Greifstellen zum Greifen eines beliebigen Ob ektes jeweils letztendlich von einem Nutzer vorgenommen werden muss. Dies ist zum einen zeitlich sehr aufwendig, zum zweiten ist dies fehlerbehaftet, weil die Einschätzung des Nutzers auch fehlerhaft sein kann. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren oder System zur Verfügung zu stellen, welches ein vereinfachtes Greifen eines Gegenstands ermöglicht. Ein sol ches Verfahren oder System kann dabei gegenüber dem Stand der Technik beispielsweise ein sichereres, zuverlässigeres, schnelleres und/oder höher automatisiertes Greifen ermögli chen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruch 1.
Ein solches Verfahren ist zum Ermitteln von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung zum Greifen eines Gegenstands aus gebildet und umfasst die nachfolgend genannten Schritte:
- Erfassen eines Bilds des Gegenstands,
- Bestimmung mindestens eines Gegenstandsparameters für den erfassten Gegenstand,
- Ermittlung von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung zum Greifen des Gegenstands an mindestens einem Greifpunkt, wobei das Ermitteln des mindestens einen Greifpunkts des Ge genstands unter Verwendung von Informationen bezüglich min destens einer möglichen stabilen Lage des Gegenstands er folgt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Bestimmung des min destens einen Gegenstandsparameters und/oder die Ermittlung der Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung unter Verwendung von Informationen bezüglich mindestens einer möglichen stabi len Lage des Gegenstands erfolgt.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Analyse des Bilds des Gegenstands beispielsweise zur Identifikation des Gegenstands oder der Bestimmung weite rer Gegenstandsparameter, nicht sämtliche möglichen Ausrichtung des Gegenstands berücksichtigt werden müssen son dern davon ausgegangen werden kann, dass der Gegenstand sich in einer seiner möglichen stabilen Lagen, z.B. auf einer ebe nen Fläche, befindet. Dies schränkt die Zahl der Möglichkei ten für die möglichen Lagen des Gegenstands bei der entspre chenden Bildanalyse erheblich ein. Daher erlaubt die Be schränkung der von für die Bildanalyse herangezogenen Algo rithmen auf mögliche stabile Lagen des Gegenstands eine deut liche Reduktion des Analyseaufwands, da ein Großteil von mög lichen Lagen des Gegenstands dabei außer Acht bleiben kann. Auf diese Weise können entsprechende Analyseverfahren zur Identifizierung des Gegenstands und/oder der Bestimmung sei ner Lage einfacher und/oder schneller ablaufen. Damit wird die daraus folgende Ermittlung eines entsprechenden Greif punkts für diesen Gegenstand ebenfalls gegenüber dem Stand der Technik weiter vereinfacht.
Ein Gegenstand kann dabei jedes dreidimensionale Gebilde mit einer festen äußeren Raumform sein. Gegenstände können bei spielsweise Materialstücke, Bauteile, Module, Geräte oder Ähnliches sein.
Das Erfassen des Bilds des Gegenstands kann beispielsweise vermittels einer Kamera, eines Scanners (beispielsweise eines Laserscanners), eines Abstandsradars oder einer ähnlichen Einrichtung zum Erfassen von dreidimensionalen Gegenständen erfolgen . Das erfasste Bild kann vorteilhafterweise ein zwei dimensionales Bild des Gegenstands sein bzw. ein zweidimensi onales Bild sein, welches ein Abbild des Gegenstands umfasst. Weiterhin kann das erfasste Bild auch eine dreidimensionale Darstellung des Gegenstands sein bzw. eine solche umfassen.
Der mindestens eine Gegenstandsparameter kann beispielsweise eine Kennung bezüglich des Gegenstands, eine ID-Information bezüglich des Gegenstands und/oder auch ein Name oder eine Kurzbeschreibung bzw. Beschreibung des Gegenstands sein oder umfassen. Dabei kann die Kennung beispielsweise derart ausge bildet und eingerichtet sein, dass sie ein Identifizieren des Gegenstands erlaubt. Dabei kann eine ID-Information eine ein deutige Bezeichnung, Kennung oder ähnliches für den jeweili gen Gegenstand sein oder derartige Informationen umfassen.
Weiterhin kann der mindestens eine Gegenstandsparameter bei spielsweise eine Lage, Position o.ä. bezüglich des erfassten Gegenstands umfassen. Eine solche Lage kann beispielsweise durch charakteristische Punkte und die Lage der charakteris tischen Punkte gegeben sein und/oder beispielsweise auch durch eine Lage oder Position eines virtuellen Begrenzungs rahmens auf dem erfassten Bild, einer sogenannten „Bounding Box", definiert sein. Weiterhin oder zusätzlich kann eine solche Lage oder Position beispielsweise auch durch die Lage eines zentralen Punktes des Gegenstands (Z. B. eines Schwer punkts) und eines Rotationswinkels gegenüber einer definier ten oder definierbaren Standard-Lage gegeben sein.
Weiterhin kann der mindestens eine Gegenstandsparameter auch eine Eigenschaft des Gegenstands, wie beispielsweise eine Farbe, ein Material oder eine Materialkombination oder ver gleichbare Eigenschaften, umfassen.
Die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparameters für den erfassten Gegenstand bezieht sich dabei auf den auf dem erfassten Bild dargestellten Gegenstand. Der mindestens eine Gegenstandsparameter ist daher dem auf dem erfassten Bild dargestellten Gegenstand zugeordnet, so wie er auf dem er fassten Bild dargestellt ist. Eine Greifeinrichtung kann beispielsweise als ein Roboter oder Roboter-Arm mit einem entsprechenden Greifer zum Fassen bzw. mechanischen Fixieren des Gegenstands ausgebildet und eingerichtet sein. Solch ein Greifer kann beispielsweise zan genartig ausgebildet sein, ein oder mehrere Ansaug-Einrich- tungen aufweisen und/oder ein Fixieren eines zu greifenden Gegenstands mit elektromagnetischen Kräften erlauben oder un terstützen .
Ein Roboter oder Roboter-Arm kann beispielsweise als ein 6- Achs-Roboter oder 6-Achs-Industrieroboter bzw. -Roboterarm ausgebildet und eingerichtet sein. Weiterhin kann ein solcher Roboter oder Roboter-Arm beispielsweise als Kartesischer Ro boter oder mit einem entsprechenden Greifer ausgebildet und eingerichtet sein.
Die Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung zum Greifen des Gegenstands an dem mindestens einen Greifpunkt sind dabei solche Daten, die einer Steuereinrichtung der Greifeinrich tung bzw. einer Steuereinrichtung für die Greifeinrichtung zugeführt werden müssen, damit beispielsweise ein Greifer der Greifeinrichtung den erfassten Gegenstand an dem mindestens einen Greifpunkt mechanisch fixiert. Solch eine Steuerein richtung für die Greifeinrichtung kann beispielsweise als ein sogenannter Roboter-Controller, eine speicherprogrammierbare Steuerung, ein Computer oder eine ähnliche Steuereinrichtung ausgebildet und eingerichtet sein.
Dabei können die Steuerungsdaten beispielsweise die Koordina ten eines Punktes im Raum für den Greifer sowie eine Ausrich tung des Greifers umfassen, welche der Greifer einnehmen muss, um den Gegenstand greifen zu können. Weiterhin können die Steuerungsdaten auch die Koordinaten des mindestens einen Greifpunkts des Gegenstands im Raum sein bzw. diese Koordina ten umfassen.
Die Steuereinrichtung für die Greifeinrichtung kann unter Verwendung dieser Informationen dann auf bekannte Weise die nötige Bewegung der Greifeinrichtung sowie des Greifers be rechnen.
Dabei wird unter Koordinaten im Raum hier beispielsweise ein Koordinatensystem verstanden, in welchem sich sowohl der zu greifende Gegenstand also auch die Greifeinrichtung befindet.
Steuerungsdaten können dann beispielsweise in diesen realen Raum transformierte Koordinaten des mindestens einen Greif punkts und/oder des mindestens einen Mode11-Greifpunkts sein. Weiterhin kann bei der Berechnung der Steuerungsdaten, neben den Koordinaten des mindestens einen Greifpunkts, auch eine Position des Gegenstands im Raum berücksichtigt werden, um beispielsweise einen ungehinderten Zugang eines Greifers der Greifeinrichtung zum mindestens einen Greifpunkt zu ermögli chen.
Die Ermittlung der Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung kann demnach beispielsweise wie folgt erfolgen: nach dem Er fassen des Bilds des Gegenstands wird im Rahmen der Bestim mung des mindestens einen Gegenstandsparameters eine Lage des Gegenstands ermittelt. Nach einer Bestimmung des mindestens einen Modell-Greifpunkts aus dem 3D-Modell des Gegenstands können dann die Koordinaten des mindestens einen Modell- Greifpunkts anhand der Lage-Informationen des realen Gegen stands in entsprechende Koordinaten des mindestens einen Greifpunkts des Gegenstands umgerechnet werden. Unter Verwen dung dieser Koordinaten des mindestens einen Greifpunkts des realen Gegenstands und der Informationen zur Position des Gegenstands in Bezug auf die Greifeinrichtung können dann die Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung gemäß der vorliegen den Beschreibung ermittelt werden.
Unter stabilen Lagen eines Gegenstands, beispielsweise auf einer Fläche (z.B. einer im wesentlichen horizontalen Ebene oder Fläche), werden diejenigen ein oder mehreren Lagen des Gegenstands bezeichnet, in welchen der Gegenstand sich befin den kann, ohne sich von selbst aus der Ruhe heraus zu bewegen (z.B. zu kippen oder zu rollen).
Solch eine stabile Lagen für den Gegenstand kann beispiels weise ermittelt werden, indem dieser mit einer Anfangsbewe gung z.B. der Fläche zugeführt wird (z.B. auf diese Fläche fallengelassen wird) und dann abgewartet wird, bis der Gegen stand sich nicht mehr bewegt. Durch mehrfaches Ausführen die ses Vorgangs mit verschiedenen Anfangsbedingungen können auf diese Weise die stabilen Lagen eines Gegenstands bestimmt werden. Dabei kann z.B. der Gegenstand unter den ver schiedensten Anfangsbedingungen auf eine entsprechende Fläche bewegt werden (z.B. darauf geworfen oder darauf fallengelas sen). Dann wird abgewartet, bis sich der Gegenstand nicht mehr bewegt. Nachfolgend wird dann die eingenommene stabile Lage entsprechend erfasst.
Die Erfassung, Festlegung und/oder Speicherung einer stabilen Lage kann beispielsweise erfolgen, indem die eingenommene Lage registriert wird. Diese Registrierung kann z.B. über eine BiId-Aufnähme, eine 3D-Aufnahme und/oder eine Erfassung von einer oder mehrerer Koordinaten des Gegenstands in der stabilen Lage erfolgen. Weiterhin kann die Erfassung der stabilen Lage auch die Zuordnung einer für die stabile Lage des Gegenstands eindeutigen Kennung umfassen. Dabei sind alle diejenigen erfassten Lage-Daten für einen be stimmten Gegenstand einer bestimmten stabilen Lage zuzuord nen, die durch eine Verschiebung und/oder eine Rotation um eine Oberflächennormale der Auflägefläche, auf welcher der Gegenstand liegt, ineinander überführbar sind. Allen diesen Lagen kann dann z.B. eine bestimmte Kennung für die zugehö rige stabile Lage zugewiesen werden.
Die Ermittlung von stabilen Lagen eines Gegenstands kann da bei beispielsweise teilautomatisiert erfolgen, indem von ei nem Benutzer ein bestimmter Gegenstand ausgewählt wird und dann beispielsweise unter verschiedensten Anfangsbedingungen auf eine Fläche fallen gelassen wird oder dorthin geworfen wird. Nachfolgend wird gewartet, bis der Gegenstand zur Ruhe gekommen ist. Dann wird ein Bild des Gegenstands erfasst und vermittels eines automatischen Bildanalyseverfahrens über prüft, ob die Lage des erfassten Gegenstands durch eine Ver schiebung und/oder Rotation um eine oberflächennormale der Fläche in eine bereits erfasste Lage des Gegenstands trans formierbar ist. Wenn das der Fall ist, dann wird automatisch die Kennungen für diese stabile Lage auch dem jetzt aufgenom menen Bild zugeordnet.
Lässt sich die nun erfasste Lage des Gegenstands nicht ent sprechend in die Lage eines bereits erfassten Gegenstands bzw. Gegenstands-Bilds transformieren, so wird dem jetzt auf genommenen Bild eine neue Kennung für die darauf eingenommene stabile Lage des Gegenstands zugeordnet. Diese letzten Schritte können dann automatisiert erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Ermittlung bei spielsweise auch automatisiert erfolgen. Dies kann vorgenom men werden, indem beispielsweise eine physikalische Simula tion einer Fallbewegung eines 3D-Modells eines Gegenstands auf eine Fläche herangezogen wird. Im Rahmen dieser Simula tion wird dann abgewartet, bis die Bewegung des 3D-Modells des Gegenstands zur Ruhe gekommen ist. Dann wird ein entspre chendes Bild des nunmehr ruhenden 3D-Modells des Gegenstands aufgenommen und dem Bild gemäß dem vorstehend bereits erläu terten Verfahren eine Kennung für eine stabile Lage zugeord net. Dieser Vorgang kann nun automatisch mit zufällig ausge wählten Anfangsbedingungen so lange wiederholt werden, bis keine neuen stabilen Lagen mehr gefunden werden bzw. für jede der gefundenen stabilen Lage eine ausreichende Menge an Bil dern vorliegt.
Eine ausreichende Menge von Bildern kann beispielsweise gege ben sein, wenn 2, 10 oder auch 50 Bilder für jede stabile
Lage vorliegen. Weiterhin kann festgelegt werden, dass eine neue stabile Lage dann nicht mehr gefunden wird, wenn nach 10,50 oder auch 100 Versuchen keine neue stabile Lage mehr gefunden wird.
Es können beispielsweise weiterhin die einer bestimmten stabilen Lage zugeordneten Bilder in einer Datenbank entspre chend abgespeichert werden. Diese Datenbank kann dann bei spielsweise genützt werden, um einem neu erfassten Gegenstand durch Vergleich mit diesen Bildern eine bestimmte stabile Lage zuzuordnen.
Weiterhin können die Bilder herangezogen werden, um damit ein entsprechendes neuronales Netz zu trainieren, welches dann im Rahmen der Bildauswertung für neu aufgenommene Bilder von Ge genständen verwendet werden kann. Unter Verwendung eines sol chen Neuronalen Netzes kann dann beispielsweise ein aufgenom menes Bild eines ruhenden Gegenstands auf einer Fläche dem neuronalen Netz zugeführt werden. Das Ergebnis der Auswertung durch das neuronale Netz kann dann zumindest unter anderem eine Kennung für die von diesem Gegenstand eingenommene stabile Lage sein.
Ein Vorteil der Verwendung der stabilen Lagen im Rahmen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Beschreibung ist z.B., dass bei der Identifizierung, Positionsbestimmung und/oder Bestim mung des Greifpunkts nur die im Vergleich zu allen möglichen Lagen relativ wenigen stabilen Lagen berücksichtigt werden müssen. Dies kann den Rechenaufwand bei der Positionsbestim mung, Identifizierung und/oder Bestimmung des Greifpunkts re duzieren, häufig sogar erheblich reduzieren.
Die Informationen bezüglich einer stabilen Lage eines Gegen stands kann beispielsweise ausgebildet und eingerichtet sein als ein oder mehrere Abbildungen des Gegenstands, wobei sich der Gegenstand auf den Abbildungen jeweils in der stabilen Lage befindet. Dabei kann weiterhin jedem der Abbildungen eine Kennung für diese stabile Lage zugeordnet sein. Die In formationen bezüglich mindestens einer möglichen stabilen Lage kann dann beispielsweise als ein oder mehrere Abbildun gen eines Gegenstands ausgebildet und eingerichtet sein, in der jeder Abbildung eine Kennung für die stabile Lage zuge ordnet ist, in der sich der Gegenstand auf diesem Bild befin det.
Weiterhin können die Informationen bezüglich mindestens einer möglichen stabilen Lage eines Gegenstands als ein ML-Modell ( "Machine-Learning"-Modell) ausgebildet und eingerichtet sein, wobei das ML-Modell vermittels der Anwendung eines ma schinellen Lernverfahrens auf ermittelte Informationen bezüg lich der mindestens einen möglichen Stabilen Lage trainiert und/oder eingerichtet wurde. Über eine mögliche Ausgestaltung und einen entsprechenden Umgang mit solchen ML-Modellen wird nachfolgend noch näher eingegangen. Beispielsweise kann ein solches ML-Modell als ein neuronales Netz ausgebildet und eingerichtet sein.
Unter der Verwendung von Informationen bezüglich der mindes tens einen möglichen stabilen Lage des Gegenstands wird dabei jede Verwendung einer derartigen Information im Rahmen einer Berechnung oder Ermittlung von Daten oder Informationen ver standen .
So kann beispielsweise im Rahmen einer Identifikation eines Gegenstands, oder auch im Rahmen der Bestimmung einer Lage des Gegenstands, eine Ansammlung von Vergleichs-Informationen oder Vergleichs-Bildern verwendet werden, welche den Gegen stand oder auch mehrere Gegenstände in ihren jeweiligen stabilen Lagen zeigen. Anhand von den jeweiligen Bildern zu geordneten Informationen können dann entsprechende weitere Daten abgeleitet werden. Solche den jeweiligen Bildern zuge ordneten Informationen können beispielsweise Informationen über den darauf dargestellten Gegenstand, die von diesem ein genommene stabile Lage oder auch eine räumlichen Lage des Ge genstands auf der Abbildung sein.
In einer alternativen Ausgestaltung kann beispielsweise ein Machine-Learning-Mode11 (ML Modell) mit entsprechenden vor stehend genannten Daten trainiert werden, also beispielsweise mit Abbildungen die ein oder mehreren Gegenstände in ihren jeweiligen stabilen Lagen zeigen, wobei den Abbildungen je weils weitere Informationen wie beispielsweise eine Kennung über die eingenommene stabile Lage, eine Kennung des darauf dargestellten Gegenstands und/oder auch eine Information über eine auf der Abbildung eingenommene reale räumliche Lage zu geordnet sind. Mit einem derart trainierten ML-Modell kann dann beispielsweise die Abbildung eines aufgenommenen Gegen stands ausgewertet werden. Eine derartige Bildauswertung ist ebenfalls ein Beispiel für eine Verwendung von Informationen bezüglich der mindestens einen möglichen stabilen Lage eines Gegenstands .
Auf vergleichbare Weise kann beispielsweise jede Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparameters für den erfassten Gegenstand unter Verwendung von Informationen bezüglich der mindestens einen möglichen stabilen Lage des Gegenstands vor genommen werden.
So kann beispielsweise über die genannte Datenbank von er fassten Abbildungen des Gegenstands in seinen stabilen Lagen, oder das genannte ML-Modell, der mindestens eine Gegen standsparameter für den erfassten Gegenstand derart bestimmt werden, dass für den Gegenstand eine Kennung für seine stabile Lage, ein Abstandswinke1 zu einem festgelegten Null punkt und/oder ein Drehwinkel bezüglich einer Oberflächennor male zur Ablagefläche des Gegenstands ermittelt wird. Auf grund dieser Information können dann beispielsweise Transfor mationsdaten für eine Transformation des 3D-Modells inklusive der dort festgelegten Modell-Greifpunkte in den realen Gegen stand festgelegt werden. Mithilfe dieser Transformationsdaten kann dann z.B. der mindestens eine Greifpunkt des Gegenstands ermittelt werden. Auf vergleichbare Weise können dann auch die Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung aus den Trans formationsdaten und weiteren Informationen in Bezug auf bei spielsweise eine Zugänglichkeit des Gegenstands ermittelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der mindestens eine Greifpunkt zusätzlich unter Verwendung der folgenden Schritte ermittelt werden:
- Auswählen eines 3D-Modells für den Gegenstand unter Verwen dung des mindestens einen Gegenstandsparameters, - Bestimmung mindestens eines Modell-Greifpunktes aus dem 3D- Modell des Gegenstands,
- Bestimmung des mindestens einen Greifpunkts des Gegenstands unter Verwendung des Modell-Greifpunkts.
Diese Ausgestaltung des Verfahrens hat, wie bereits vorste hend erläutert, den Vorteil, dass durch die Verwendung des Modell-Greifpunkts aus dem 3D-Modell des identifizierten Ge genstands eine vereinfachte Bestimmung des mindestens einen Greifpunkts des erfassten Gegenstands möglich wird. So können bereits während der Konstruktion des Gegenstands festgelegte Greifpunkte später verwendet werden, um einen entsprechenden realen Gegenstand zu fassen. Weiterhin können beispielsweise unter Verwendung von physikalischen Simulationen mit dem 3D- Modell beispielsweise automatisiert ein oder mehrere Modell- Greifpunkte für das 3D-Modell ermittelt werden. Bei dieser Ausgestaltung ist beispielsweise kein Benutzereingriff not wendig, was die Bestimmung des mindestens einen Greifpunkts weiter vereinfacht.
Mit dem genannten Verfahren kann beispielsweise nach dem Er fassen eines Bilds und beispielsweise einer Identifizierung eines Gegenstands ein passendes 3D-Modell dieses Gegenstands ausgewählt werden. Zum Greifen dieses Gegenstands notwendige Daten können dann beispielsweise so ermittelt werden, dass dem 3D-Modell ein entsprechender Modell-Greifpunkt entnommen und dann aus diesem ein Greifpunkt am realen Gegenstand er mittelt wird. Dies kann beispielsweise derart ausgestaltet und eingerichtet sein, dass durch Abgleich einer erfassten Lage des Gegenstands mit dem 3D-Modell Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung Transformationsdaten derart ermittelt werden, dass mit diesen die Koordinaten eines Model1-Greif- punkts in die enigen eines entsprechenden Greifpunktes am Ge genstand umgerechnet werden können. Das beschriebene Verfahren hat beispielsweise den Vorteil, dass durch die Verwendung des Modell-Greifpunkts aus dem 3D- Modell ein Verfahren zum Greifen des entsprechenden Gegen stands gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht werden kann. So kann beispielsweise durch Abgleich des erkannten bzw. identifizierten Gegenstands mit dem 3D-Modell des Gegen stands eine Bestimmung von realen Greifpunkten des Gegen stands erfolgen. Auf diese Weise kann jeweils für die ver schiedensten Positionen und Lagen des Gegenstands im Raum an hand nur einer Vorlage, nämlich des 3D-Modells für den Gegen stand, jeweils der passende Greifpunkt bestimmt werden.
Das Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass es auch eine au tomatisierte Ermittlung von Greifpunkten für einen erfassten Gegenstand ermöglicht. Dadurch, dass bei den 3D-Modell des Gegenstands bereits entsprechende Greifpunkte vorgesehen bzw. definiert sein können, ist es möglich durch Abgleich des 3D- Modells mit einer erfassten Position des Gegenstands die vor gesehenen Modell-Greifpunkte in reale Greifpunkte des erfass ten Gegenstands umzurechnen, ohne dass ein weiterer Nutzer eingriff, beispielsweise eine Kennzeichnung oder Eingabe mög licher Greifpunkte durch einen Benutzer, notwendig ist.
Ein 3D-Modell kann jede digitale Darstellung oder Repräsenta tion des Gegenstands sein, die zumindest die äußere Form im Wesentlichen repräsentiert. Vorteilhafterweise repräsentiert das 3D-Modell die äußere Form des Gegenstands. Weiterhin kann das 3D-Modell auch Informationen über den inneren Aufbau des Gegenstands, Beweglichkeiten von Komponenten des Gegenstands oder auch Informationen über Funktionalitäten des Gegenstands enthalten . Das 3D-Modell kann z.B. in einem 3D-Dateiformat gespeichert sein beispielsweise mit einem 3D-CAD-Software Tool erstellt worden sein. Beispiele für solche Software Tools sind bei spielsweise SolidWorks (Dateiformat: .sldprt), Autodesk In- ventor (Dateiformat: .ipt), AutoCAD (Dateiformat: .dwg), PTC
ProE/Creo (Dateiformat: .prt), CATIA (Dateiformat: .catpart),
SpaceClaim (Dateiformat: .scdoc) oder SketchUp (Dateiformat:
.skp). Weitere Dateiformate können beispielsweise sein:
.blend (Blender-Datei), .dxf (Drawing Interchange Format),
.igs (Initial Graphics Exchange Specification), .stl (Stereo lithografieformat), .stp (Standard for the Exchange of Pro duct Model Data), .sat (ACIS-Textdatei) oder .wrl, .wrz (Vir tual Reality Modeling Language). Vorteilhafter Weise können Dateiformate verwendet werden, bei welcher Materialeigen- schaften des Gegenstands wie z.B. spezifisches Gewicht,
Farbe, Material und/oder ähnliches des Gegenstands oder sei ner Komponenten mitgespeichert sind. Durch Verwendung solcher 3D-Modelle lassen sich z.B. physikalisch korrekte Simulatio nen für den Gegenstand durchführen, z.B. zur Bestimmung einer oder mehrerer stabiler Lagen des Gegenstands auf einer Ober fläche.
Das Auswählen des 3D-Modells für den Gegenstand kann bei spielsweise unter Verwendung einer ID-Information für den Ge genstand erfolgen, wobei der mindestens eine Gegenstandspara meter diese ID-Information umfasst.
Die Auswahl des 3D-Modells des Gegenstands kann beispiels weise auch unter Verwendung von Informationen bezüglich der mindestens einen möglichen stabilen Lage des Gegenstands vor genommen werden. Dabei kann beispielsweise vermittels einem der vorstehend erläuterten Verfahrensabläufe unter Verwendung Informationen bezüglich der mindestens einen möglichen stabi len Lage des Gegenstands eine ID-Information des Gegenstands ermittelt werden und anhand dieser ID-Information dann ein entsprechendes 3D-Modell beispielsweise aus einer entspre chenden Datenbank ausgewählt werden.
Dabei kann Das 3D-Modell beispielsweise einer Datenbank für 3D-Modelle verschiedener Gegenstände entnommen werden, wobei die Auswahl aus dieser Datenbank beispielsweise unter Verwen dung der oben genannten ermittelten ID-Information erfolgen kann. Weiterhin kann die Auswahl des 3D-Modells alternativ auch durch einen Benutzer erfolgen. Dabei kann der Benutzer beispielsweise das 3D-Modell unter mehreren verfügbaren 3D- Modellen auswählen.
Ein Modell-Greifpunkt kann beispielsweise durch die Koordina ten eines bestimmten Punktes oder Bereiches an einer Außen fläche des 3D-Modells gegeben sein. Weiterhin kann der Mo dell-Greifpunkt auch durch eine Greif-Fläche gegeben sein. Eine solche Greif-Fläche kann beispielsweise durch eine Be schreibung einer Begrenzungslinie des Greifbereichs auf einer Außenseite des Gegenstands definiert sein.
Zur Bestimmung des mindestens einen Mode11-Greifpunkts kann beispielsweise vorgesehen sein, dass im 3D-Modell des Gegen stands bereits ein oder mehrere Greifpunkte oder Greifberei che gekennzeichnet sind und die Koordinaten dieser ein oder mehreren Greifpunkte oder Greifbereiche dann dem 3D-Modell entnommen werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann diese Bestimmung des mindestens einen Modell-Greifpunkts au tomatisiert erfolgen. Weiterhin kann die Bestimmung des min destens einen Modell-Greifpunkts aber auch durch einen Benut zer erfolgen oder teilautomatisiert, durch einen Benutzer un terstützt werden. Eine Ermittlung des Modell-Greifpunkts im 3D-Modell kann da bei beispielsweise automatisiert erfolgen, indem beispiels weise durch eine mechanische Simulation oder Modell-Analyse des 3D-Modells entsprechende Greifpunkte ermittelt werden. Diese können dann beispielsweise weiterhin unmittelbar im 3D- Modell festgehalten bzw. gekennzeichnet werden.
Weiterhin können Modell-Greifpunkte auch im Rahmen einer Kon struktion des 3D-Modells bereits vorgesehen und/oder gekenn zeichnet werden.
Entsprechende Modell-Greifpunkte können beispielsweise auch einem 3D-Modell nachträglich hinzugefügt werden, indem ent sprechende Bereiche des 3D-Modells beispielsweise als Greif punkt markiert und/oder gekennzeichnet werden. Dies kann bei spielsweise manuell erfolgen. Weiterhin kann dies alternativ auch automatisiert erfolgen, indem entsprechende Greifpunkte bzw. Greifbereiche z.B. durch eine mechanische Simulation des Gegenstands oder auch vorgegebenen Kriterien für Greifberei che bestimmt werden. Solche vorgegebenen Kriterien können beispielsweise die Lage eines Schwerpunkts des Gegenstands, das Vorhandensein ebener Bereiche am Gegenstand, sowie mecha nische Festigkeitswerte verschiedener Bereiche des Gegen stands sein.
Weiterhin kann ein Verfahren gemäß der vorliegenden Beschrei bung derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass die Ver wendung von Informationen bezüglich mindestens einer mögli chen stabilen Lage als die Verwendung eines ML-Modells ausge bildet und eingerichtet ist, wobei das ML-Modell vermittels der Anwendung eines maschinellen Lernverfahrens auf ermit telte Informationen bezüglich der mindestens einen möglichen Stabilen Lage trainiert und/oder eingerichtet wurde. Dabei wird unter einem maschinellen Lernverfahren beispiels weise ein automatisiertes ( "maschinelles") Verfahren verstan den, welches Ergebnisse nicht durch im Vorhinein festgelegte Regeln generiert, sondern bei welchem vermittels eines ma schinellen Lernalgorithmus oder Lernverfahrens aus vielen Beispielen (automatisch) Regelmäßigkeiten identifiziert wer den auf deren Basis dann Aussagen über zu analysierende Daten erzeugt werden.
Solche maschinellen Lernverfahren können beispielsweise als ein überwachtes Lernverfahren, ein teilüberwachtes Lernver fahren, ein unüberwachtes Lernverfahren oder auch ein bestär kendes Lernverfahren ( "Reinforcement Learning") ausgebildet und eingerichtet sein.
Beispiele für maschinelle Lernverfahren sind z.B. Regressi ons-Algorithmen (z.B. lineare Regressionsalgorithmen), eine Erzeugung oder Optimierung von Entscheidungsbäumen (soge nannte "Decision Trees"), Lernverfahren bzw. Trainingsverfah ren für neuronale Netze, Clustering-Verfahren (z.B. ein soge nanntes "k-means-Clustering"), Lernverfahren für oder Erzeu gung von Stützvektormaschinen ( "Support Vector Machines"
(SVM)), Lernverfahren für oder Erzeugung von sequentiellen Entscheidungsmodellen oder Lernverfahren für oder Erzeugung von Bayessche Modellen oder Netzen.
Das Ergebnis einer solchen Anwendung eines solchen maschinel len Lernalgorithmus oder Lernverfahrens auf bestimmte Daten wird, insbesondere in der vorliegenden Beschreibung, als "Ma chine-Learning"-Mode11 oder ML-Modell bezeichnet. Ein solches ML-Modell stellt dabei das digital gespeicherte oder spei cherbare Ergebnis der Anwendung des maschinellen Lernalgo rithmus oder Lernverfahrens auf die analysierten Daten dar. Dabei kann die Erzeugung des ML-Modells derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass das ML-Modell durch die Anwendung des maschinellen Lernverfahrens neu gebildet wird oder ein bereits bestehendes ML-Modell durch die Anwendung des maschi nellen Lernverfahrens verändert oder angepasst wird.
Beispiele für solche ML-Modelle sind Ergebnisse von Regressi ons-Alogrithmen (z.B. eines linearen Regressions-Algorith- mus), Neuronale Netze ( "Neural Networks"), Entscheidungsbäume ( "Decision Tree"), die Ergebnisse von Clustering-Verfahren (inklusive z.B. die erhaltenen Cluster oder Cluster-Katego- rien, -Definitionen und/oder -Parameter), Stützvektormaschi- nen ( "Support Vector Machines" (SVM)), Sequentielle Entschei dungsmodelle oder Bayessche Modelle oder Netze.
Neuronale Netze können dabei z.B. sogenannte "Deep Neural Networks", "Feed Forward Neural Networks", "Recurrent Neural Networks"; "Convolutional Neural Networks" oder "Autoencoder- Neural-Networks" sein. Dabei wird die Anwendung entsprechen der maschineller Lernverfahren auf neuronale Netze häufig auch als "Training" des entsprechenden Neuronalen Netzes be zeichnet.
Entscheidungsbäume können beispielsweise als sogenannte "ite rative Dichotomizer 3 (ID3), Klassifikations- oder Regressi onsbäume (CART) oder auch sogenannte "Random Forests" ausge bildet und eingerichtet sein.
Unter einem neuronalen Netz wird, zumindest im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung, eine elektronische Ein richtung verstanden, welche ein Netzwerk sogenannter Knoten umfasst, wobei in der Regel jeder Knoten mit mehreren anderen Knoten verbunden ist. Die Knoten werden beispielsweise auch als Neuronen, Units oder Einheiten bezeichnet. Dabei hat jeder Knoten mindestens eine Eingangs- und eine Ausgangsver bindung. Als Eingangs-Knoten für ein neuronales Netz werden solche Knoten verstanden, welche von der Außenwelt Signale (Daten, Reize, Muster oder ähnliches) empfangen können. Unter Ausgäbe-Knoten eines neuronalen Netzes werden solche Knoten verstanden, welche Signale, Daten oder ähnliches an die Au ßenwelt weitergeben können. Unter sogenannten „versteckten Knoten" („hidden nodes") werden solche Knoten eines neurona len Netzes verstanden, welche weder als Eingangs- noch als Ausgangs-Knoten ausgebildet sind.
Dabei kann das neuronale Netz beispielsweise als ein soge nanntes tiefes neuronales Netz („deep neural network" (DNN)) ausgebildet sein. Ein solches "deep neural network" ist ein neuronales Netz, in welchem die Netzknoten in Schichten ange ordnet sind (wobei die Schichten selbst ein-, zwei- oder auch höher-dimensional sein können). Ein tiefes neuronales Netz umfasst dabei mindestens eine oder zwei sogenannte verdeckte Schichten, welche nur Knoten umfassen, die nicht Eingangskno ten oder Ausgangsknoten sind. Das heißt, die verdeckten Schichten haben keine Verbindungen zu Eingangssignalen oder Ausgangssignalen .
Unter dem sogenannten „Deep Learning" wird dabei beispiels weise eine Klasse von maschinellen Lerntechniken verstanden, welche viele Schichten der nichtlinearen Informationsverar beitung für die überwachte oder nicht-überwachte Merkmalsext raktion und -transformation sowie zur Musteranalyse und - klassifizierung ausnutzt.
Das Neuronale Netz kann beispielsweise auch eine sogenannte Auto-Encoder-Struktur aufweisen. Eine derartige Auto-Encoder- Struktur kann beispielsweise geeignet sein, um eine Dimensionalität der Daten zu reduzieren und beispielsweise so Ähnlichkeiten und Gemeinsamkeiten zu erkennen.
Ein Neuronales Netz kann beispielsweise auch als ein so ge nanntes Klassifizierungs-Netz ausgebildet sein, welches be sonders dazu geeignet ist, Daten in Kategorien einzuteilen. Derartige Klassifizierungs-Netze werden beispielsweise in Zu sammenhang mit Handschrift-Erkennung eingesetzt.
Eine weitere mögliche Struktur eines neuronalen Netzes kann beispielsweise die Ausgestaltung als so genanntes „Deep- Believe-Network" sein.
Ein neuronales Netz kann beispielsweise auch eine Kombination von mehreren der vorstehend genannten Strukturen aufweisen.
So kann beispielsweise die Architektur des neuronalen Netzes eine Auto-Encoder-Struktur umfassen, um die Dimensionalität der Eingangsdaten zu reduzieren, welche dann weiterhin mit einer anderen Netzstruktur kombiniert werden kann, um bei spielsweise Besonderheiten und/oder Anomalien innerhalb der datenreduzierten Dimensionalität zu erkennen bzw. die daten reduzierte Dimensionalität zu klassifizieren.
Die die einzelnen Knoten und deren Verbindungen beschreiben den Werte inklusive weiterer ein bestimmtes neuronales Netz beschreibende Werte können beispielsweise in einem das neuro nale Netz beschreibenden Wertesatz gespeichert werden. Ein solcher Wertesatz stellt dann beispielsweise eine Ausgestal tung des neuronalen Netzes dar. Wird ein solcher Wertesatz nach einem Training des neuronalen Netzes gespeichert, so wird damit beispielsweise eine Ausgestaltung eines trainier ten neuronalen Netzes gespeichert. So ist es beispielsweise möglich, in einem ersten ComputerSystem das neuronale Netz mit entsprechenden Trainingsdaten zu trainieren, den entsprechenden Wertesatz, welcher diesem neuronalen Netz zu geordnet ist, dann zu speichern und als Ausgestaltung des trainierten neuronalen Netzes in ein zweites System zu trans ferieren .
Ein neuronales Netz kann in der Regel trainiert werden, indem über verschiedenste bekannte Lernmethoden durch Eingabe von Eingangsdaten in das neuronale Netz und Analyse der dann ent sprechenden Ausgangsdaten aus dem neuronalen Netz Parameter werte für die einzelnen Knoten oder für deren Verbindungen ermittelt werden. Auf diese Weise kann ein neuronales Netz mit bekannten Daten, Mustern, Reizen oder Signalen auf an sich heute bekannte Weise trainiert werden, um das so trai nierte Netz dann nachfolgend beispielsweise zur Analyse wei terer Daten verwenden zu können.
Allgemein wird unter dem Training des neuronalen Netzes ver standen, dass die Daten, mit welchen das neuronale Netz trai niert wird, im neuronalen Netz mithilfe eines oder mehrerer Trainings-Algorithmen verarbeitet werden, um so genannte Vor spannungswerte („Bias"), Gewichtungswerte („weights") und/oder Transferfunktionen („Transfer Functions") der ein zelnen Knoten des neuronalen Netzes bzw. der Verbindungen zwischen jeweils zwei Knoten innerhalb des neuronalen Netzes zu berechnen bzw. zu verändern.
Zum Training eines neuronalen Netzes, z.B. gemäß der vorlie genden Beschreibung, kann beispielsweise eine der Methoden des so genannten „überwachten Lernens" („supervised learn- ing") verwendet werden. Hierbei werden einem Netz durch Trai ning mit entsprechenden Trainingsdaten diesen Daten jeweils zugeordnete Ergebnisse oder Fähigkeiten antrainiert. Solch ein Überwachtes-Lernverfahren kann beispielsweise eingesetzt werden, um einem neuronalen Netz beispielsweise die stabilen Lagen von einem oder mehreren Objekten anzutrainieren. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem einem Bild eines Ob ekts in einer stabilen Lagen eine Kennung für die eingenommene stabile Lage (das o.g. „Ergebnis") „antrainiert" wird.
Weiterhin kann zum Training des neuronalen Netzes auch eine Methode des so genannten unüberwachten Trainings („unsupervi- sed learning") verwendet werden. Ein solcher Algorithmus er zeugt für eine gegebene Menge von Eingaben beispielsweise ein Modell, welches die Eingaben beschreibt und daraus Vorhersa gen ermöglicht. Dabei gibt es beispielsweise Clustering-Ver- fahren, mit welchen sich die Daten in verschiedene Kategorien einteilen lassen, wenn sie sich beispielsweise durch charak teristische Muster voneinander unterscheiden.
Beim Trainieren eines neuronalen Netzes können auch über wachte und unüberwachte Lernmethoden kombiniert werden, bei spielsweise wenn Teilen der Daten antrainierbare Eigenschaf ten oder Fähigkeiten zugeordnet sind, während dies bei einem anderen Teil der Daten nicht der Fall ist.
Weiterhin können auch noch Methoden des so genannten bestär kenden Lernens („reinforcement learning") für das Training des neuronalen Netzes, zumindest unter anderem, verwendet werden.
Beispielsweise kann ein Training, welches eine relativ hohe Rechenleistung eines entsprechenden Computers erfordert, auf einem hochperformanten System geschehen, während weitere Ar beiten oder Datenanalysen mit dem trainierten neuronalen Netz dann durchaus auf einem niedriger-performanten System durchgeführt werden kann. Solche weiteren Arbeiten und/oder Datenanalysen mit dem trainierten neuronalen Netz können zum Beispiel auf einem Edge-Device und/oder auf einer Steuerein richtung, einer Speicherprogrammierbaren Steuerung oder einer modularen Speicherprogrammierbaren Steuerung oder weiteren entsprechenden Einrichtungen gemäß der vorliegenden Beschrei bung erfolgen.
Für das Training des ML-Modells mittels des maschinellen Lernverfahrens kann beispielsweise eine Sammlung von Bildern herangezogen werden, welche einen bestimmten Gegenstand in jeweils einer stabilen Lage auf einer ebenen Fläche zeigt, wobei jedem der Bilder eine Kennung für die darauf eingenom mene stabile Lage zugeordnet ist. Das ML-Modell wird dann mit dieser Sammlung von Bildern trainiert. Dann kann nachfolgend die Bestimmung einer stabilen Lage dieses Gegenstands unter Anwendung des trainierten ML-Modells auf ein erfasstes Bild des Gegenstands erfolgen.
Bei der genannten Sammlung von Bildern kann beispielsweise jedes der Bilder Darstellung des Gegenstands in einer seiner stabilen Lagen auf einer gegebenen oder vorgebbaren Oberflä che zeigen, insbesondere auf einer ebenen Oberfläche oder auf einer im Wesentlichen horizontalen, ebenen Oberfläche. Die Sammlung von Bildern enthält dann z.B. eine Mehrzahl von Ab bildungen des Gegenstands jeweils in einer seiner stabilen Lagen und weiterhin jeweils verschiedenen Rotationswinkeln gegenüber einer definierten oder definierbaren Ausgangslage auf einer Fläche sein. Die Rotation kann z.B. einer Oberflä chennormalen einer Fläche definiert sein, auf welcher der Ge genstand in einer seiner stabilen Lagen liegt.
Das ML-Modell kann dabei beispielsweise als Neuronales Netz ausgebildet sein, wobei das maschinelle Lernverfahren in diesem Fall beispielsweise ein überwachtes Lernverfahren für neuronale Netze sein kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die zum Training des ML-Modells verwendete Sammlung von Bildern ver schiedene Gegenstände in jeweils verschiedenen stabilen Lagen zeigen, wobei jedem der Bilder sowohl eine ID-Information be züglich des abgebildeten Gegenstands als auch eine Kennung bezüglich der darauf eingenommenen stabilen Lage zugeordnet sein kann. Durch Anwendung eines mit einer solchen Sammlung von Bildern trainierten ML-Modells auf einen bestimmten er fassten Gegenstand ist dann Bestimmung sowohl einer ID- Information des Gegenstands als auch eine Kennung für die von diesem Gegenstand eingenommene stabile Lage ermittelbar.
Hierfür kann die Sammlung von Bildern beispielsweise so aus gestaltet und eingerichtet sein, dass jedes der Bilder Dar stellung eines der Gegenstände in einer seiner stabilen Lagen auf einer gegebenen oder vorgebbaren Oberfläche zeigen, ins besondere auf einer ebenen Oberfläche oder auf einer im We sentlichen horizontalen, ebenen Oberfläche. Die Sammlung von Bildern kann dann z.B. eine Mehrzahl von Abbildungen der ver schiedenen Gegenstände jeweils in einer seiner stabilen Lagen und jeweils verschiedenen Rotationswinkeln gegenüber einer definierten oder definierbaren Ausgangslage enthalten. Die Rotation kann z.B. bezüglich einer Oberflächennormalen einer Fläche definiert sein, auf welcher der Gegenstand in einer seiner stabilen Lagen liegt.
Auch hier kann das ML-Modell beispielsweise als ein neurona les Netz ausgebildet sein, wobei das zugeordnete maschinelle Lernverfahren auch hier beispielsweise ein Verfahren des überwachten Lernens für neuronale Netze sein kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann weiterhin vorgese hen sein, dass die Ermittlung des mindestens einen Greif punkts des Gegenstands unter Verwendung des Modell-Greif punkts unter Verwendung eines weiteren ML-Modells erfolgt, wobei das weitere ML-Modell vermittels der Anwendung eines maschinellen Lernverfahrens auf Transformationsdaten bezüg lich möglicher Transformationen einer vorgegebenen oder vor- gebbaren Anfangsposition in mögliche Lagen des Gegenstands trainiert oder eingerichtet wurde.
Weiterhin bzw. alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Ermittlung des mindestens einen Greifpunkts des Gegenstands mit Hilfe der Anwendung eines BildauswerteVerfahrens auf das erfasste Bild des Gegenstands erfolgt.
Dabei kann das weitere ML-Modell entsprechend eines ML- Modells gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das weitere ML-Modell beispielsweise als ein Transformations-ML-Modell ausgebildet und eingerichtet sein, welches zur Ermittlung von Transforma tionsdaten von einer festgelegten oder festlegbaren Ausgangs position des Gegenstands in die Position des erfassten Gegen stands in der realen Welt ausgebildet und eingerichtet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das weitere ML- Modell dann zudem als ein neuronales Netz oder auch ein "Ran dom-Forest "-Modell ausgebildet und eingerichtet sein. In ei ner weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das weitere ML- Modell beispielsweise auch als sogenanntes "Deep Learning" neuronales Netz ausgebildet und eingerichtet sein.
Die Verwendung des weiteren ML-Modells zur Ermittlung des mindestens einen Greifpunkts kann beispielsweise als eine Anwendung des erfassten Bilds des Gegenstands auf das weitere ML-Modells ausgebildet und eingerichtet sein.
Das Ergebnis einer solchen Anwendung können beispielsweise Transformationsdaten für eine Transformation der vorgegebenen oder vorgebbaren Ausgangsposition des Gegenstands in die ein genommene Lage des von der Kamera erfassten Gegenstands sein.
Alternativ können Eingabedaten für die Anwendung des weiteren ML-Modells beispielsweise auch die nachfolgend genannten Da ten sein: Erkennungsdaten bezüglich des Gegenstands, eine Kennung bezüglich der stabilen Lage, in welcher sich der Ge genstand befindet und/oder ein Rotationswinkel bezüglich der Auflägefläche in Bezug auf eine festgelegte oder festlegbare Ausgangslage . Erkennungsdaten für den Gegenstand können dabei z.B. beispielsweise eine ID-Information bezüglich des Gegen stands, Beschreibungsdaten für einen virtuellen Rahmen um den Gegenstand und/oder Skalierungsdaten sein.
Ausgabedaten eines solchen weiteren ML-Modells können dann beispielsweise Transformationsdaten für die vorstehend ge nannte Transformation des Gegenstands von der vorgegebenen oder vorgebbaren Ausgangslage in die reale Position des Ge genstands auf der Ablagefläche sein. Die vorgegebene oder vorgebbare Ausgangslage kann beispielsweise eine vorgegebene oder vorgebbare Lage eines 3D-Modells des Gegenstands in ei ner entsprechenden 3D-Software sein. Eine solche Software kann beispielsweise ein entsprechendes CAD-Programm oder ein sogenanntes 3D-ModeH ing-Programm sein.
Das Training des weiteren ML-Modells kann beispielsweise er folgen, indem in einer Sammlung an Bildern jedem Bild entwe der die Transformationsdaten einer vorgegebenen oder vorgeb baren Lage eines 3D-Modells eines auf dem Bild dargestellten Gegenstands in die Lage des Gegenstand auf dem Bild zugeord net wird. Alternativ oder zusätzlich können z.B. in der Samm lung an Bildern jedem Bild für einen darauf dargestellten Ge genstand die allgemeinen Positionierungsdaten bzgl. eines ge wählten Koordinatensystems zugeordnet werden. Dabei kann die Zuordnung der genannten Daten zu den Bildern der Bildersamm lung, z.B. wie in der vorliegenden Beschreibung an anderer Stelle erläutert, z.B. automatisch in einer Simulationsumge bung oder auch manuell erfolgen.
Als vorstehend genanntes Bildauswerteverfahren zur Ermittlung des mindestens einen Greifpunkts des Gegenstands kann bei spielsweise ein für derartige Anwendungen üblicherweise ver wendetes Verfahren verwendet werden. Beispiele für solche Verfahren sind beispielsweise das sogenannte SURF-, SIFT- oder BRISK-Verfahren.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Beschreibung kann wei terhin derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass die Be stimmung des mindestens einen Gegenstandsparameters weiterhin die Ermittlung von Positionsdaten des Gegenstands umfasst.
Zudem kann vorgesehen sein, dass weiterhin die Positionsdaten eine Information bezüglich einer vom Gegenstand eingenommenen stabilen Lage umfassen.
Die Ermittlung der Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung wird weiter vereinfacht, wenn die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparameters für den erfassten Gegenstand be reits die Ermittlung der Positionsdaten des Gegenstands um fasst. Dadurch werden in diesem Zusammenhang zusätzliche Da ten ermittelt, welche die Ermittlung der Steuerungsdaten ge gebenenfalls beschleunigen und/oder vereinfachen können. Wenn die Positionsdaten weiterhin eine Information bezüglich einer vom Gegenstand eingenommenen stabilen Lage umfassen, vereinfacht das die Ermittlung der Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung weiterhin. Wie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erläutert, erleichtert, beschleunigt und/oder vereinfacht die Kenntnis darüber, in welcher stabilen Lage sich ein Gegenstand befindet, die Analyse der Daten bei spielsweise bezüglich einer Identität, einer Lage oder Posi tion im Raum, einem Rotationswinkel und/oder einer Schwer punkts-Lage des Gegenstands.
Positionsdaten des Gegenstands können dabei beispielsweise Daten bezüglich einer Position des Gegenstands im Raum umfas sen. Dabei können solche Daten bezüglich einer Position des Gegenstands beispielsweise Koordinaten von einem oder mehre ren Bezugspunkten des Gegenstands im Raum umfassen. Bei spielsweise können die Daten bezüglich einer Position mindes tens Koordinaten bezüglich mindestens dreier Bezugspunkte des Gegenstands umfassen. Weiterhin können Daten bezüglich einer Position beispielsweise auch Koordinaten eines Bezugspunkts des Gegenstands sowie ein oder mehrere Drehwinkel bzw. Rota tionswinkel bezüglich einer oder mehrerer Achsen umfassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Positionsda ten des Gegenstands beispielsweise Koordinaten eines Bezugs punkts des Gegenstands, eine Information bezüglich einer stabilen Lage des Gegenstands sowie mindestens einen Dreh oder Rotationswinkel des Gegenstands umfasst, insbesondere genau einen Dreh- oder Rotationswinkel umfasst. Ein Dreh oder Rotationswinkel kann dabei beispielsweise bezüglich ei ner Fläche definiert sein, auf welcher sich der Gegenstand befindet. Dabei kann der Dreh- oder Rotationswinkel bei spielsweise bezüglich einer auf diese Fläche senkrecht ste henden Achse definiert sein. Weiterhin kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Positionsdaten des Gegenstands Da ten umfassen, die einen virtuellen Rahmen um den Gegenstand beschreiben . Die Positionsdaten können dann zusätzlich dazu eine Information bezüglich einer stabilen Lage des Gegen stands und/oder mindestens einen Dreh- oder Rotationswinkel des Gegenstands umfassen, insbesondere genau einen Dreh- oder Rotationswinkel umfassen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Positionsdaten des Gegenstands aus genau den vorstehend genannten Daten bestehen.
Ein solcher virtueller Rahmen um den Gegenstand kann bei spielsweise als eine rechteckige Kontur definiert sein, die zumindest einen vorbestimmten Teil des Gegenstands ein schließt, insbesondere den gesamten Gegenstand einschließt. Statt eines rechteckigen Rahmens kann beispielsweise auch eine beliebige mehreckige oder weiterhin auch eine allgemein geformte, insbesondere eine regelmäßig geformte Kontur ver wendet werden (z.B. auch ein Kreis oder eine Ellipse).
Die Ermittlung der Positionsdaten kann beispielsweise unter Verwendung des Bilds des Gegenstands und eines entsprechenden BildauswerteVerfahrens erfolgen. Dabei wird mithilfe des Bilds beispielsweise eine Position des Gegenstands auf dem Bild ermittelt. Dann kann z.B. über eine Eichung der Position der Kamera und des Betrachtungswinkels der Kamera dann eine Position des Gegenstands auf einer realen Ablage berechnet bzw. ermittelt werden.
Dabei können, wie im Rahmen dieser Beschreibung bereits näher erläutert, die Positionsdaten des Gegenstands beispielsweise durch die Daten eines den Gegenstand umschließenden virtuel len Rahmens gegeben sein, z.B. gemeinsam mit einem Rotationswinkel des Gegenstands und einer Kennung bezüglich einer stabilen Lage des Gegenstands.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparameters, die Ermittlung einer ID-Information, die Ermittlung der Posi tionsdaten, die Bestimmung einer Lage des Gegenstands, die Bestimmung eines virtuellen Begrenzungsrahmens um den Gegen stand und/oder die Bestimmung einer vom Gegenstand eingenom menen stabilen Lage unter Verwendung der Informationen bezüg lich mindestens einer möglichen stabilen Lage erfolgt.
Wie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung bereits mehrfach erwähnt, kann die Verwendung von Informationen bezüglich der mindestens einen möglichen stabilen Lage des Gegenstands die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparameters, einer ID Information, von Positionsdaten, einer Lage des Gegen stands, eines virtuellen Begrenzungsrahmens des Gegenstands und/oder die Bestimmung einer vom Gegenstand eingenommenen stabilen Lage vereinfachen.
Ein Grund dafür ist beispielsweise, dass für die Berechnung der genannten Größen jeweils die beobachtete Form des Gegen stands eingeht. Und gemäß einer Erkenntnis der Erfinder ge nügt es, wenn nicht alle möglichen Lagen eines Gegenstands berücksichtigt werden, sondern nur diejenigen, in welchen sich der Gegenstand in einer stabilen Lage gemäß der vorlie genden Beschreibung befindet. Dies reduziert die Zahl der möglichen zu berücksichtigenden Lagen bzw. Darstellungen des Gegenstands in einer Kamera-Abbildung gegenüber allen mögli chen Lagen, die der Gegenstand theoretisch einnehmen kann. Diese Reduktion kann zum Teil auch erheblich sein, insbeson dere wenn ein Gegenstand nicht besonders viele stabile Lagen einnehmen kann. Auf diese Weise wird das Verfahren zum Greifen des Gegen stands weiter vereinfacht. Weiterhin kann dabei auch eine Be schleunigung des Verfahrens erreicht werden, da mögliche Re chenvorgänge zur Berechnung der vorstehend genannten Größen dadurch beschleunigt werden können.
Zudem kann bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Be schreibung vorgesehen sein, dass beim Erfassen des Bilds des Gegenstands weitere Gegenstände erfasst werden und im Rahmen der Bestimmung des mindestens eines Gegenstandsparameters des Gegenstands weiterhin auch jeweils mindestens ein weiterer Gegenstandsparameter bezüglich jedem der weiteren Gegenstände ermittelt wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass nach dem Ermitteln der weiteren Gegenstandsparameter bezüglich der weiteren Gegen stände eine Auswahl des Gegenstands erfolgt.
Dabei kann der mindestens eine Gegenstandsparameter oder auch der jeweils mindestens eine weitere Gegenstandsparameter bei spielsweise eine Kennung bezüglich des jeweiligen Gegenstands oder eine ID-Information bezüglich des jeweiligen Gegenstands sein.
Diese Ausgestaltung gestattet eine weitere Vereinfachung des Verfahrens, da auf diese Weise auch dann ein bestimmter Ge genstand gegriffen werden kann, wenn sich noch andere Gegen stände im Bild-Feld der Kamera befinden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann beispiels weise das Verfahren derart fortgebildet sein, dass ein Bild des Gegenstands sowie weiterer Gegenstände erfasst wird, und dann zu jedem der erfassten Gegenstände mindestens ein Gegen standsparameter ermittelt wird. Anhand dieses Gegenstandsparameters kann dann beispielsweise jeder der Ge genstände identifiziert werden und in einem nachfolgenden Auswahl Schritt der Gegenstand ausgewählt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann dann der zu jedem der Gegenstände ermittelte Gegenstandsparameter eine ID- Information des Gegenstands sein oder eine solche umfassen. Dies macht die Auswahl des Gegenstands dann besonders ein fach.
Dass beim Erfassen des Bilds des Gegenstands weitere Gegen stände erfasst werden kann beispielsweise derart ausgestaltet und eingerichtet sein, dass sich auf dem erfassten Bild des Gegenstands die weiteren Gegenstände befinden, beispielsweise da sie sich in unmittelbarer Nähe zum Gegenstand befinden.
Weiterhin kann beispielsweise auch Die Erfassung des Bilds des Gegenstands als eine Video-Aufnahme des Gegenstands aus gebildet sein, aus welcher dann in einem weiteren Schritt beispielsweise ein Standbild des Gegenstands extrahiert wird oder extrahierbar ist. Im Rahmen eines solchen Videos können dann beispielsweise auch die weiteren Gegenstände erfasst werden. Das Video kann beispielsweise derart erzeugt werden, dass sich beispielsweise die Ablagefläche relativ zur Kamera bewegt, beispielsweise als ein Transport- oder Förderband ausgebildet ist. Alternativ kann sich beispielsweise auch die Kamera in einer Linear- oder auch in einer Drehbewegung bewe gen und auf diese Weise den Gegenstand und die weiteren Ge genstände erfassen.
Wie vorstehend bereits erläutert, kann das Ermitteln des je weils mindestens einen weiteren Gegenstandsparameters eine ID-Information zu jedem der weiteren Gegenstände umfassen. Weiterhin kann das Ermitteln des jeweils mindestens einen weiteren Gegenstandsparameters zu jedem der weiteren Gegenstände beschreibende Daten für einen Begrenzungsrahmens um jeden der weiteren Gegenstände umfassen. Weiterhin kann das Ermitteln des jeweils mindestens einen weiteren Gegen standsparameters zu jedem der weiteren Gegenstände auch Posi tionsdaten für jeden dieser Gegenstände und/oder eine vom je weiligen Gegenstand eingenommene stabile Lage umfassen.
Die Auswahl des Gegenstands kann beispielsweise durch einen Benutzer erfolgen. Dies kann geschehen, indem beispielsweise das erfasste Bild des Gegenstands und der weiteren Gegen stände auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt wird und der Benutzer dann den zu greifenden Gegenstand dort auswählt. Weiterhin kann die Auswahl des Gegenstands auch automatisch erfolgen. Beispielsweise kann ein bestimmter zu greifender Gegenstand beispielsweise durch seine ID-Information, einen Namen oder auch eine Form vorgegeben sein. Anhand der ermit telten Gegenstandsparameter zu den erfassten Gegenständen kann dann vom System automatisch der zu greifende Gegenstand ausgewählt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass unter Verwendung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Beschreibung mindestens ein Greifpunkt des Gegenstands ermittelt wird und dann nachfol gend ein Greifen des Gegenstands durch eine Greifeinrichtung erfolgt, wobei die Greifeinrichtung zum Greifen des Gegenstands an dem mindestens einen Greifpunkt angreift.
Das Angreifen der Greifeinrichtung am Gegenstand kann bei spielsweise derart erfolgen, dass zum Beispiel durch einen zangenartigen Greifer im Rahmen des Angreifens an einem oder mehreren der Greifpunkte eine derart reibschlüssige Verbin dung zum Gegenstand erzeugt wird, dass dadurch der Gegenstand durch die Greifeinrichtung bewegbar und/oder anhebbar ist. Eine derart reibschlüssige Verbindung kann beispielsweise auch vermittels einer oder mehrerer Ansaug-Vorrichtungen er zeugt werden, welche an den einen oder mehreren Greifpunkten angreifen. Auch über magnetische Kräfte kann beispielsweise eine derart reibschlüssige Verbindung erzeugt werden, welche dann einen Transport des Gegenstands mithilfe der Greifein- richtung ermöglicht.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein System zum Greifen eines Gegenstands, umfassend eine op tische Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Bilds des Gegenstands, eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Bestimmen des mindestens einen Gegenstandsparameters des Gegenstands und/oder zum Ermitteln von Steuerungsdaten für eine Greifein- richtung zum Greifen des Gegenstands, wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet ist.
Dabei kann die optische Erfassungseinrichtung, das Bild des Gegenstands, der mindestens einen Gegenstandsparameter der Gegenstand, die Steuerungsdaten sowie die Greifeinrichtung beispielsweise gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebil det und eingerichtet sein. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise ein Computer, ein PC, ein Controller, eine Steuerungseinrichtung, eine speicherprogrammierbare Steuerung, eine modulare speicherprogrammierbare Steuerung, ein Edge-Device oder eine vergleichbare Einrichtung sein.
Die Datenverarbeitungseinrichtungen sowie deren Elemente und/oder Komponenten können dabei weiterhin gemäß der vorlie genden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Datenverarbei tungseinrichtung beispielsweise ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung umfassen. Beispielsweise kann die Datenverarbeitungseinrichtung als eine speicherprogrammier bare Steuerung ausgebildet und eingerichtet sein, wobei das ML-Modell beispielsweise in einem Zentralmodul der speicher programmierbaren Steuerung vorgesehen sein kann. Alternativ kann das ML-Modell auch in einem Funktionsmodul vorgesehen sein, welches über einen Rückwandbus der speicherprogrammier baren Steuerung mit einem o.g. Zentralmodul der speicherpro grammierbaren Steuerung verbunden ist.
Zur Durchführung des Verfahrens kann die Datenverarbeitungs- einrichtung beispielsweise eine entsprechende Ausführungsum- gebungen umfassen, welche beispielsweise zum Ablauf einer Software ausgebildet und eingerichtet ist, bei deren Ablauf ein Verfahren gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgeführt wird.
Dabei kann die Datenverarbeitungseinrichtung auch mehrere Komponenten oder Module (Z. B. umfassend ein oder mehrere Controller, Edge-Devices, SPS-Module, Computer und/oder ver gleichbare Geräte) umfassen. Solche Komponenten oder Module können dann beispielsweise über eine entsprechende Kommunika- tionsVerbindung, Z. B. Ein Ethernet, ein industrielles Ether net, einen Feldbus, einen Rückwandbus und/oder vergleichbare Geräte verbunden sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann diese KommunikationsVerbindung beispielsweise weiterhin zur Echtzeitkommunikation ausgebildet und eingerichtet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann beispielsweise vorgese hen sein, dass das ein System gemäß der vorliegenden Be schreibung eine Greifeinrichtung umfasst und das System wei terhin zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegen den Beschreibung ausgebildet und eingerichtet ist. Dabei kann die Greifeinrichtung beispielsweise gemäß der vor liegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungs- einrichtung als eine modulare Speicherprogrammierbare Steue rung mit einem Zentralmodul und einem weiteren Modul ausge bildet und eingerichtet ist, und dass weiterhin die Bestimmung des mindestens einen Gegen standsparameters des Gegenstands unter Verwendung des weite ren Moduls erfolgt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungsein richtung eine modulare Speicherprogrammierbare Steuerung mit einem Zentralmodul und einem weiteren Modul umfasst, und dass weiterhin die Bestimmung des mindestens einen Gegen standsparameters des Gegenstands unter Verwendung des weite ren Moduls erfolgt.
Bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), handelt es sich um eine Steuerungseinrichtung, die programmiert und eingesetzt wird, um eine Anlage oder Maschine zu regeln bzw. zu steuern. In einer solchen SPS können spezifische Funktio nen, wie beispielsweise eine Ablaufsteuerung, implementiert sein, so dass auf diese Weise sowohl die Eingangs- als auch die AusgangsSignale von Prozessen oder Maschinen gesteuert werden können. Definiert wird die speicherprogrammierbare Steuerung beispielsweise im Standard EN 61131.
Um eine speicherprogrammierbare Steuerung an eine Anlage bzw. Maschine anzubinden, kommen sowohl Aktoren der Anlage oder Maschine, die im Allgemeinen an den Ausgängen der speicher programmierbaren Steuerung angeschlossen sind, als auch Sen soren der Anlage oder Maschine zum Einsatz. Grundsätzlich be finden sich die Sensoren an den SPS-Eingängen, wobei durch sie die speicherprogrammierbare Steuerung Informationen dar über erhält, was in der Anlage bzw. Maschine vorgeht. Als Sensoren gelten beispielsweise: Lichtschranken, Endschalter, Taster, Inkrementalgeber, Füllstandsensoren, Temperaturfüh ler. Als Aktoren gelten z.B: Schütze zum Einschalten elektri scher Motoren, elektrische Ventile für Druckluft oder Hydrau lik, Antriebssteuerungsmodule, Motoren, Antriebe.
Die Realisierung eine SPS kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen . Das heißt, sie kann als elektronisches Einzelgerät, als Softwareemulation, als sogenannte Soft-SPS (oder auch „virtuelle SPS" oder auch SPS-Applikation bzw. SPS-App ge nannt) als PC-Einsteckkarte usw. verwirklicht werden. Häufig finden sich auch modulare Lösungen, im Rahmen derer die SPS aus mehreren Steckmodulen zusammengebaut wird.
Eine modulare speicherprogrammierbare Steuerung kann dabei derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass mehrere Module vorgesehen sein können oder sind, wobei in der Regel neben einem sogenannten Zentralmodul, das zum Ablauf eines Steuer programms z.B. zur Steuerung einer Komponente, Maschine oder Anlage (bzw. eines Teils davon) ausgebildet und eingerichtet ist, ein oder mehrere Erweiterungsmodule vorgesehen sein kön nen. Solche Erweiterungsmodule können beispielsweise als eine Strom-/SpannungsVersorgung ausgebildet und eingerichtet sein oder auch zur Ein- und/oder Ausgabe von Signalen bzw. Daten. Weiterhin kann ein Erweiterungsmodul auch als ein Funktions modul zur Übernahme spezieller Aufgaben (z.B. ein Zähler, ein Umrichter, Datenverarbeitung mit künstliche-Intelligenz-Me thoden (umfasst z.B. ein Neuronales Netz oder ein sonstiges ML-Modell) ...).
Beispielsweise kann ein Funktionsmodul auch als ein AI-Modul zur Ausführung von Aktionen unter Verwendung künstlicher Intelligenz-Verfahren ausgebildet und eingerichtet sein. Ein solches Funktionsmodul kann beispielsweise ein neuronales Netz oder ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung oder ein weiteres ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschrei bung umfassen.
Das weitere Modul kann dann beispielsweise zur Durchführung spezieller Aufgaben im Rahmen der Durchführung des Verfah rens, z.B. rechenaufwendiger Teilaufgaben oder rechenauf wendiger Spezialaufgaben (wie beispielsweise einer Transfor mation, eine Anwendung von AI-Methoden, o. ä.) vorgesehen sein. Dafür kann das weitere Modul beispielsweise speziell ausgebildet und eingerichtet sein und/oder auch eine weitere Programm-AbiaufUmgebung für eine entsprechende Software um fassen.
Insbesondere kann das weitere Modul beispielsweise das ML- Modell oder das weitere ML-Modell umfassen.
Mit dieser Ausgestaltung wird das System zum Greifen des Ge genstands weiter vereinfacht, da die Datenverarbeitungsein- richtung speziell an eine vorgesehene Greifaufgabe angepasst werden kann. Insbesondere ist dies möglich, ohne einen zent ralen Verfahrensablauf ändern zu müssen, welcher beispiels weise in einem Zentralmodul der speicherprogrammierbaren Steuerung ablaufen kann. Spezielle Teilaufgaben können dann im weiteren Modul ablaufen, welches dann je nach genauer Greifaufgäbe unterschiedlich ausgestaltet und eingerichtet sein kann.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das vorstehend beschrie bene System weiterhin derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparameters für den Gegenstand unter Verwendung ei nes ML-Modells erfolgt und das weitere Modul das ML-Modell umfasst .
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln der Steue rungsdaten für die Greifeinrichtung unter Verwendung eines weiteren ML-Modells erfolgt und das weitere Modul das weitere ML-Modell (162) umfasst.
ML-Modell kann dabei beispielsweise als ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein. Zudem kann das weitere ML-Modell beispielsweise als ein weiteres ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausge bildet und eingerichtet sein.
Weiterhin kann der mindestens eine Gegenstandsparameter, der Gegenstand, die Steuerungsdaten, die Greifeinrichtung sowie das Ermitteln der Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und einge richtet sein.
Das ML-Modell kann beispielsweise als ein sogenanntes „Erken- nungs-ML-Modell" ausgebildet und eingerichtet sein. Ein sol ches Erkennungs-ML-Modell kann beispielsweise zur Erkennung eines Ortes des Gegenstands und/oder eines virtuellen Rahmens um den Gegenstand, eines Typs oder einer ID-Information be züglich des Gegenstands und/oder einer stabilen Lage des Ge genstands ausgebildet und eingerichtet sein. Weiterhin kann ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ein solches Erkennungs-ML-Modell umfassen. Ein solches Erkennungs-ML- Modell kann zum Beispiel als ein sogenanntes „Deep Neural Network" ausgebildet und eingerichtet sein. Als Eingabedaten für ein solches Erkennungs-ML-Modell kann beispielsweise das erfasste Bild des Gegenstands vorgesehen sein oder verwendet werden. Ausgabedaten eines solchen Erkennungs-ML-Modells kön nen dann beispielsweise einer, mehrere oder alle der vorste hend genannten Parameter sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Erkennungs-ML-Modell weiterhin zur Erkennung eines Ortes, eines virtuellen Rah mens, eines Typs und/oder einer ID-Information jeweils zu mehreren oder allen auf einem erfassten Bild abgebildeten Ge genstände ausgebildet und eingerichtet sein. Ein derart aus gebildetes Erkennungs-ML-Modell kann vorteilhafterweise dann beispielsweise herangezogen werden, wenn sich auf dem erfass ten Bild des Gegenstands weitere Gegenstände befinden.
Ausgabedaten eines derart ausgestalteten Erkennungs-ML- Modells können dann für jeden der erfassten Gegenstände bei spielsweise die oben genannten Informationen bezüglich des Gegenstands sein: Daten bezüglich eines Orts und/oder virtu ellen Rahmens und/oder eine ID-Information. Diese Informatio nen können dann beispielsweise in einem weiteren Verfahrens schritt dazu genützt werden, um den zu greifenden Gegenstand aus allen erfassten Gegenständen auszuwählen - beispielsweise anhand der ermittelten ID-Informationen. Die von diesem Er- kennungs-ML-Modell dann bereits ermittelten Gegenstandspara meter können im Rahmen eines Verfahrens gemäß der vorliegen den Beschreibung dann verwendet werden, um die Steuerungsda- ten für die Greifeinrichtung zum Greifen des Gegenstands zu ermitteln .
Weiterhin kann das ML-Modell beispielsweise als ein sogenann tes „Winkeierkennungs-ML-Modell" ausgebildet und eingerichtet sein, welches zumindest unter anderem zur Erkennung eines Ro tationswinkels des Gegenstands auf einer Fläche bezüglich ei ner festgelegten oder festlegbaren Ausgangsposition ausgebil det und eingerichtet ist. Ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung kann auch ein solches Winkelerken- nungs-ML-Modell umfassen. Ein derartiges Winkelerkennungs-ML- Modell kann beispielsweise als ein sogenanntes Regressions- AI-Modell oder auch ein sogenanntes Klassifizierung-AI-Modell ausgebildet und eingerichtet sein.
Als Eingabedaten für ein solches Winkelerkennungs-ML-Mode11 kann wiederum das erfasste Bild des Gegenstands verwendet werden. Ausgabedaten können dabei wiederum beispielsweise ein entsprechender Rotationswinkel des Gegenstands auf der Abla gefläche bezüglich einer festgelegten oder festlegbaren Aus gangsposition sein - oder einen solchen Rotationswinkel um fassen. Weiterhin können Ausgabedaten eines Winkelerkennungs- ML-Modells auch den vorstehend genannte Rotationswinkel um fassen, plus die Daten, die vorstehend beispielhaft aus Aus gabedaten eines Erkennungs-ML-Modells angegeben waren.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das ML-Modell beispiels weise als ein sogenanntes „Transformations-ML-Modell" ausge bildet und eingerichtet sein, welches zur Ermittlung von Transformationsdaten von einer festgelegten oder festlegbaren Ausgangsposition des Gegenstands in die Position des erfass ten Gegenstands auf der Ablagefläche in der realen Welt aus gebildet und eingerichtet ist. Eingabedaten für ein solches Transformation-ML-Mode11 können beispielsweise Kennungsdaten für den Gegenstand, eine stabile Lage des Gegenstands und/oder ein Rotationswinkel des Gegenstands auf der Ablage fläche bezüglich einer festgelegten oder festlegbaren Aus gangsposition sein. Kennungsdaten für den Gegenstand können dabei z.B. beispielsweise eine ID-Information, Besehreibungs- daten für einen virtuellen Rahmen um den Gegenstand, Informa tionen bezüglich einer stabilen Lage und/oder Skalierungsda ten sein. Weiterhin können Eingabedaten für ein solches Transformation- ML-Modell auch erfasste Bilddaten eines auf einer ebenen Flä che liegenden Gegenstands sein. Die vorstehend genannten Ein gabedaten, wie beispielsweise die Kennungsdaten für den Ge genstand, eine stabile Lage des Gegenstands und/oder ein Ro tationswinkel des Gegenstands können dann beispielsweise aus diesen Bilddaten in einem ersten Schritt gewonnen werden wo bei dann gemäß der vorstehenden Erläuterung weiter vorgegan gen wird. Weiterhin können die genannten erfassten Bilddaten des auf der ebenen Fläche liegenden Gegenstands auch unmit telbar als Eingabedaten für ein entsprechendes Transforma- tion-ML-Modell verwendet werden.
Ausgabedaten eines solchen Transformations-ML-Modells können dann beispielsweise Transformationsdaten für die vorstehend genannte Transformation des Gegenstands von der festgelegten oder festlegbaren Ausgangsposition in die reale Position des Gegenstands auf der Ablagefläche sein. Eine solche festge legte oder festlegbare Ausgangsposition des Gegenstands kann beispielsweise die Position eines 3D-Modells des Gegenstands in einem entsprechenden 3D-Modellierungs-Programm (z. B. Ei ner 3D-CAD-Software) sein. Dies gilt beispielsweise auch für die in Bezug auf den Rotationswinkel verwendete Ausgangsposi tion.
Ein solches Transformations-ML-Mode11 kann beispielsweise als ein sogenanntes „Deep-Neural-Network" oder auch ein sogenann tes „Random Forest "-Modell ausgebildet und eingerichtet sein.
Ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung kann bei spielsweise ein Erkennungs-ML Modell und/oder ein Winkeler- kennungs-ML Modell und/oder ein Transformation-ML-Mode11 um fassen. Zudem kann ein weiteres ML-Modell gemäß der vorlie genden Beschreibung beispielsweise ein Erkennungs-ML Modell und/oder ein Winkelerkennungs-ML Modell und/oder ein Trans formation-ML-Mode11 umfassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann weiterhin ein ML- Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung beispielsweise ein Erkennungs-ML-Mode11 und/oder ein Winkelerkennungs-ML-Mode11 umfassen bzw. ein solches ML-Modell ausgebildet und einge richtet sein. Ein weiteres ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung kann in dieser Ausgestaltung beispielsweise ein Transformations-ML-Mode11 umfassen bzw. als ein solches Transformations-ML-Mode11 ausgebildet und eingerichtet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann ein System gemäß der vorliegenden Beschreibung derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass die Datenverarbeitungseinrichtung ein Edge-Device umfasst oder als ein Edge-Device (190) ausgebildet und einge richtet ist, und dass weiterhin die Bestimmung des mindestens einen Gegen standsparameters des Gegenstands unter Verwendung des Edge- Devices erfolgt.
Da ein Edge-Device im Vergleich zu einer eher herkömmlichen industriellen Steuerungseinrichtung, wie beispielsweise einem Controller oder einer SPS, häufig eine höhere Rechenleistung aufweist, vereinfacht und/oder beschleunigt eine solche Aus gestaltung ein Verfahren gemäß der vorliegenden Beschreibung weiter. In einer möglichen Ausgestaltung kann dabei vorgese hen sein, dass ein Verfahren gemäß der vorliegenden Beschrei bung vollständig auf einem solchen Edge-Device ausgeführt wird.
In einer alternativen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass beispielsweise besonders rechenintensive und/oder aufwändige Verfahrensschritte auf dem Edge-Device ausgeführt werden, während andere Verfahrensschritte auf einer weiteren Komponente der Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise einer Steuerung oder einer speicherprogramierbaren Steue rung, ausgeführt werden. Solche rechenintensiven und/oder aufwändigen Verfahrensschritte können beispielsweise Verfah rensschritte unter Verwendung von Maschinen Learning Techni ken oder künstlicher Intelligenz sein, wie beispielsweise die Anwendung eines oder mehrerer ML-Modelle gemäß der vorliegen den Beschreibung.
Ein Edge-Device kann beispielsweise eine Applikation zur Steuerung von Vorrichtungen oder Anlagen umfassen kann. Bei spielsweise kann eine solche Applikation als eine Applikation mit der Funktionalität einer speicherprogrammierbaren Steue rung ausgebildet und eingerichtet sein. Das Edge-Device kann dabei beispielsweise mit einer weiteren Steuereinrichtung ei ner Vorrichtung oder Anlage verbunden sein oder auch unmit telbar mit einer zu steuernden Vorrichtung oder Anlage. Wei terhin kann das Edge-Device derart ausgebildet und eingerich tet sein, dass es zusätzlich noch mit einem Datennetzwerk oder einer Cloud verbunden ist bzw. zur Verbindung mit einem entsprechenden Datennetzwerk oder einer entsprechenden Cloud ausgebildet und eingerichtet ist.
Ein Edge-Device kann weiterhin zur Realisierung zusätzlicher Funktionalitäten im Zusammenhang mit der Steuerung beispiels weiser einer Maschine, Anlage oder Komponente - oder Teilen davon - ausgebildet und eingerichtet sein. Solche zusätzli chen Funktionalitäten können beispielsweise sein:
- Daten sammeln und Übertragen in die Cloud, inklusive z.B. VorVerarbeitung, Kompression, Analyse
- Analyse von Daten verbundenen AutomatisierungsSystems z.B. mit AI-Verfahren (z.B. einem neuronalen Netz). Ein Edge- Device kann dafür z.B. ein ML-Modell umfassen, z.B. ML-Modell oder weiteres ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung.
Ein derartiges System mit einem Edge-Device kann dabei wei terhin derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass die Be stimmung des mindestens einen Gegenstandsparameters des Ge genstands unter Verwendung eines ML-Modells erfolgt und das Edge-Device das ML-Modell umfasst.
Weiterhin kann ein derartiges System mit einem Edge-Device auch derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass das Er mitteln der Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung unter Verwendung eines weiteren ML-Modells umfasst und das Edge-De vice das weitere ML-Modell umfasst.
Dabei kann das ML-Modell beispielsweise als ein ML-Modell ge mäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerich tet sein. Auch das weitere ML-Modell kann beispielsweise als ein weiteres ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen von Trainingsdaten für ein ML- Modell, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- Auswahl eines Gegenstands,
- Auswahl von Startdaten des Gegenstands oberhalb einer ebe nen Fläche,
- Erzeugen einer Fallbewegung des Gegenstands in Richtung der ebenen Fläche,
- Erfassen eines Bilds des Gegenstands, nachdem die Bewegung des Gegenstands auf der ebenen Fläche zum Stillstand gekommen ist, - Zuordnung einer Kennung zu dem Bild, wobei die Kennung eine ID-Information für die vom Gegenstand eingenommene stabile Lage umfasst.
Dabei kann das ML-Modell beispielsweise gemäß der vorliegen den Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein. Weiterhin kann das beschriebene Verfahren zum Erzeugen von Trainingsda ten für ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
Die Verwendung eines mit diesen Trainingsdaten trainierten ML-Modells ermöglicht es, ein Verfahren oder System zur Ver fügung zu stellen, welches ein vereinfachtes Greifen eines Gegenstands erlaubt. Wie bereits im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erläutert, führt die Beschränkung der berück sichtigten möglichen Lagen eines Gegenstands auf stabile La gen gemäß der vorliegenden Beschreibung dazu, das vermittels eines so ausgebildeten Systems oder Verfahrens ein schnelle res, zuverlässigeres und/oder höher automatisiertes Greifen ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das genannte Ver fahren mehrfach ausgeführt - z.B. jeweils mit unterschiedli chen Startdaten für den Gegenstand. Auf diese Weise kann eine größere Anzahl von Bildern mit zugeordneter Kennung zum Trai ning des ML-Modells erzeugt werden. Dabei kann das Verfahren beispielsweise so häufig wiederholt werden, dass mehrere - vorteilhafter Weise auch alle - der möglichen stabilen Lagen des Gegenstands auf der ebenen Fläche auf mindestens einem der Bilder dargestellt sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren beispielsweise so häufig wiederholt werden, dass möglichst viele - vorteilhafter Weise auch alle - der möglichen stabilen Lagen des Gegenstands auf der ebenen Fläche auf mindestens zwei der Bilder oder mindes tens zehn der Bilder dargestellt sind.
Dabei können das ML-Modell, der Gegenstand, das Erfassen des Bilds sowie die ID-Information für die vom Gegenstand einge nommene stabile Lage gemäß der vorliegenden Beschreibung aus gebildet und eingerichtet sein.
Weiterhin können die Startdaten beispielsweise gegeben sein durch eine Höhe des Gegenstands, beispielsweise eines Schwer punkts des Gegenstands, oberhalb der ebenen Fläche, einer Ausrichtung des Gegenstands im Raum sowie einem Vektor für eine Anfangsgeschwindigkeit des Gegenstands.
Die Fallbewegung kann beispielsweise eine Bewegung unter Ein fluss der Gravitationskraft sein. Weiterhin können dabei wei terhin zusätzliche Kräfte, wie beispielsweise Reibungskräfte (z.B. in Luft oder in einer Flüssigkeit) sowie elektromagne tische Kräfte die Bewegung beeinflussen. In einer vorteilhaf ten Ausgestaltung wird die Bewegung beispielsweise durch die Gravitationskraft dominiert. Dabei beginnt die Fallbewegung entsprechend der Startdaten.
Dabei kann das ML-Modell beispielsweise als ein Erkennungs- ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein oder ein solches umfassen. In diesem Fall kann die dem erfassten Bild zugeordnete Kennung neben der ID- Information für die vom Gegenstand eingenommene stabile Lage beispielsweise weitere Gegenstandsparameter gemäß der vorlie genden Beschreibung umfassen. Solche weiteren Gegenstandspa rameter können dabei z.B. eine Information bezüglich einer Lage und/oder Position des Gegenstands, eine Information zu einer Lage und/oder Form eines virtuellen Rahmens um den Gegenstand, einen Typ des Gegenstands und/oder eine ID- Information bezüglich des Gegenstands umfassen.
Das ML-Modell kann beispielsweise auch als ein Winkelerken- nungs-ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebil det und eingerichtet sein oder ein solches umfassen. In die sem Fall kann die dem erfassten Bild zugeordnete Kennung ne ben der ID-Information für die vom Gegenstand eingenommene stabile Lage beispielsweise weitere Gegenstandsparameter ge mäß der vorliegenden Beschreibung umfassen. Solche weiteren Gegenstandsparameter können dabei z.B. einen Rotationswinkel des Gegenstands auf der ebenen Fläche bezüglich einer festge legten oder festlegbaren Ausgangsposition umfassen.
Das ML-Modell kann weiterhin auch als ein Transformations-ML- Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein oder ein solches umfassen. In diesem Fall kann die dem erfassten Bild zugeordnete Kennung neben der ID- Information für die vom Gegenstand eingenommene stabile Lage beispielsweise weitere Gegenstandsparameter gemäß der vorlie genden Beschreibung umfassen. Solche weiteren Gegenstandspa rameter können dabei z.B. Transformationsdaten für die vor stehend genannte Transformation des Gegenstands von der fest gelegten oder festlegbaren Ausgangsposition in die reale Po sition des Gegenstands auf der ebenen Fläche umfassen. Auch hier kann eine solche festgelegte oder festlegbare Ausgangs position des Gegenstands beispielsweise die Position eines 3D-Modells des Gegenstands in einem entsprechenden 3D-Model- lierung-Programm (Z. B. Einer 3-D-CAD-Software) sein.
Die jeweils oben genannten Kennungs-Parameter und/oder Gegen standsparameter können zumindest teilweise beispielsweise ma nuell durch einen Benutzer ermittelt werden - beispielsweise manuell durch eine Messung oder auch mithilfe eines zumindest teilautomatisierten Messystems. Weiterhin können solche Ken nungsparameter zumindest teilweise automatisch beispielsweise durch Bildauswerte-Verfahren oder auch zusätzliche automati sche Messysteme, wie z.B. ein optisches Messsystem, ein La ser-Messsystem und/oder ein akustisches Messsystem, ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Ver fahren zum Erzeugen von Trainingsdaten für ein Transforma- tions-ML-Modell durch die nachfolgenden Verfahrensschritte ausgebildet und eingerichtet sein:
- Auswahl eines Gegenstands,
- Auswahl von Startdaten des Gegenstands oberhalb einer ebe nen Fläche,
- Erzeugen einer Fallbewegung des Gegenstands in Richtung der ebenen Fläche,
- Erfassen eines Bilds des Gegenstands, nachdem die Bewegung des Gegenstands auf der ebenen Fläche zum Stillstand gekommen ist,
- Ermitteln mindestens eines Gegenstandsparameters bezüglich des Gegenstands unter Verwendung des erfassten Bilds, wobei der mindestens eine Gegenstandsparameter Kennungsdaten für den Gegenstand, eine Lage oder Position des Gegenstands, In formationen bezüglich eines virtuellen Rahmens um den Gegen stand, eine Kennung für eine stabile Lage des Gegenstands und/oder einen Rotationswinkel des Gegenstands auf der ebenen Fläche umfasst,
- Zuordnen einer Kennung zu dem ermittelten mindestens einen Gegenstandsparameter, wobei die Kennung Transformationsdaten für eine Transformation des Gegenstands von einer festgeleg ten oder festlegbaren Ausgangsposition in eine reale Position des Gegenstands auf der ebenen Fläche umfasst. Dabei wird die reale Position des Gegenstands beispielsweise durch die Kennungsdaten für den Gegenstand, die Lage oder Po sition des Gegenstands, die Informationen bezüglich eines virtuellen Rahmens um den Gegenstand, die Kennung für eine stabile Lage des Gegenstands und/oder einen Rotationswinkel des Gegenstands beschrieben.
Dabei können Kennungsdaten für den Gegenstand beispielsweise eine ID-Information, Beschreibungsdaten für einen virtuellen Rahmen um den Gegenstand, eine ID-Information bezüglich einer stabilen Lage und/oder Skalierungsdaten sein oder umfassen.
Die Transformationsdaten, die festgelegte oder festlegbare Ausgangsposition, der Rotationswinkel des Gegenstands, die Kennung für eine stabile Lage des Gegenstands sowie der min destens eine Gegenstandsparameter kann dabei gemäß der vor liegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein. Weiterhin können auch die Lage oder Position des Gegenstands und/oder die Informationen bezüglich eines virtuellen Rahmens um den Gegenstand gemäß der vorliegenden Beschreibung ausge bildet und eingerichtet sein.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen von Trainingsdaten für ein ML- Modell, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- Auswahl eines 3D-Modells eines Gegenstands,
- Auswahl von Startdaten des 3D-Modells des Gegenstands ober halb einer virtuellen ebenen Fläche,
- Simulieren einer Fallbewegung des 3D-Modells des Gegen stands in Richtung der virtuellen ebenen Fläche,
- Erstellen eines Bilds des 3D-Modells des Gegenstands, nach dem die simulierte Bewegung des 3D-Modells des Gegenstands auf der virtuellen ebenen Fläche zur Ruhe gekommen ist, - Zuordnung einer Kennung zu dem erstellten Bild, wobei die Kennung eine ID-Information für die vom 3D-Modell des Gegen stands eingenommene stabile Lage umfasst,
- Speicherung der Trainingsdaten umfassend das erfasste Bild sowie die diesem zugeordnete Kennung.
Die Speicherung der Trainingsdaten kann dabei in einer Spei chereinrichtung und/oder beispielsweise in einer Datenbank oder Datensammlung für entsprechende Trainingsdaten erfolgen.
Dabei kann das ML-Modell beispielsweise gemäß der vorliegen den Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein. Weiterhin kann das beschriebene Verfahren zum Erzeugen von Trainingsda ten für ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
Wie bereits im Zusammenhang mit dem vorausgehend beschriebe nen Verfahren erläutert, ermöglicht es die Verwendung eines mit diesen Trainingsdaten trainierten ML-Modells, ein Verfah ren oder System zur Verfügung zu stellen, welches ein verein fachtes Greifen eines Gegenstands erlaubt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das genannte Ver fahren mehrfach ausgeführt werden - z.B. jeweils mit unter schiedlichen Startdaten für den Gegenstand - um beispiels weise eine Mehrzahl von Bildern mit zugeordneter Kennung zum Training des ML-Modells zu erzeugen.
Dabei kann das Verfahren beispielsweise so häufig wiederholt werden, dass mehrere - vorteilhafter Weise auch alle - der möglichen stabilen Lagen des digitalen Modells des Gegen stands auf der virtuellen ebenen Fläche auf mindestens einem der Bilder dargestellt sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren beispielsweise so häufig wiederholt werden, dass möglichst viele - vorteilhafter Weise auch alle - der möglichen stabilen Lagen des digitalen Mo dells des Gegenstands auf der virtuellen ebenen Fläche auf mindestens zwei der Bilder oder mindestens zehn der Bilder dargestellt sind.
Dabei können auch hier das ML-Modell, der Gegenstand, das Er fassen des Bilds sowie die ID-Information für die vom Gegen stand eingenommene stabile Lage gemäß der vorliegenden Be schreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
Die Startdaten können beispielsweise gegeben sein durch eine Höhe des Gegenstands (z.B. eine Höhe eines Schwerpunkts des Gegenstands) oberhalb der ebenen Fläche, einer Ausrichtung des Gegenstands im Raum sowie einem Vektor für eine Anfangs geschwindigkeit des Gegenstands.
Die Fallbewegung kann beispielsweise als eine Bewegung unter Einfluss der Gravitationskraft simuliert werden. Weiterhin können dabei weiterhin zusätzliche Kräfte, wie beispielsweise Reibungskräfte (z.B. in Luft oder in einer Flüssigkeit) sowie elektromagnetische Kräfte bei der Simulation berücksichtigt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Bewe gung beispielsweise nur unter Berücksichtigung der Gravitati onskraft simuliert. Dabei beginnt die Simulation der Fallbe wegung dann entsprechend der Startdaten.
Das ML-Modell kann beispielsweise als ein Erkennungs-ML- Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein oder ein solches umfassen. In diesem Fall kann die Kennung zu dem erstellten Bild neben der ID- Information für die vom 3D-Modells des Gegenstands eingenom mene stabile Lage beispielsweise weitere Gegenstandsparameter gemäß der vorliegenden Beschreibung umfassen. Solche weiteren Gegenstandsparameter können dabei z.B. eine Information be züglich eines einer Lage und/oder Position des 3D-Modells des Gegenstands, eine Information zu einer Lage und/oder Form ei nes virtuellen Rahmens um das 3D-Modells des Gegenstands, ei nen Typ des Gegenstands und/oder eine ID-Information bezüg lich des Gegenstands umfassen.
Das ML-Modell kann beispielsweise auch als ein Winkelerken- nungs-ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebil det und eingerichtet sein oder ein solches umfassen. In die sem Fall kann die dem erfassten Bild zugeordnete Kennung ne ben der ID-Information für die vom 3D-Modells des Gegenstands eingenommene stabile Lage beispielsweise weitere Gegen standsparameter gemäß der vorliegenden Beschreibung umfassen. Solche weiteren Gegenstandsparameter können dabei z.B. einen Rotationswinkel des 3D-Modells des Gegenstands auf der virtu ellen ebenen Fläche bezüglich einer festgelegten oder fest legbaren Ausgangsposition umfassen.
Das ML-Modell kann beispielsweise auch als ein Transforma- tions-ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebil det und eingerichtet sein oder ein solches umfassen. In die sem Fall kann die dem erfassten Bild zugeordnete Kennung ne ben der ID-Information für die vom 3D-Modells des Gegenstands eingenommene stabile Lage beispielsweise weitere Gegen standsparameter gemäß der vorliegenden Beschreibung umfassen. Solche weiteren Gegenstandsparameter können dabei z.B. Trans formationsdaten für die vorstehend genannte Transformation des 3D-Modells des Gegenstands von einer festgelegten oder festlegbaren Ausgangsposition in eine reale Position des Ge genstands auf der Ablagefläche umfassen. Auch hier kann eine solche festgelegte oder festlegbare Ausgangsposition des 3D- Modells des Gegenstands beispielsweise die Position des 3D- Modells des Gegenstands in einem entsprechenden 3D-Modellie- rung-Programm (Z. B. Einer 3-D-CAD-Software) sein.
Die jeweils oben genannten Kennungs-Parameter und/oder Gegen standsparameter können in einer vorteilhaften Ausgestaltung beispielsweise automatisch ermittelt werden. Da sämtliche Größendaten, Lagedaten und sonstige eine Lage und/oder Posi tion beschreibende Daten des Gegenstands in der digitalen Si mulationsumgebung bekannt sind, (ansonsten wäre eine Simula tion des Gegenstands, insbesondere eine physikalische Simula tion, nicht möglich) können eine Position des Gegenstands, eine Lage des Gegenstands, ein Rotationswinkel des Gegen stands bezüglich der virtuellen ebenen Fläche, Transformati onsdaten gemäß der vorliegenden Beschreibung und weitere ver gleichbare Gegenstandsparameter bezüglich des 3D-Modells des Gegenstands direkt den SimulationsSystem entnommen werden. Daher ist es möglich, dass ein vorstehend beschriebenes Ver fahren zum Erzeugen von Trainingsdaten unter Verwendung eines 3D-Modells des Gegenstands automatisch abläuft und so automa tisch Trainingsdaten für ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung erzeugbar sind oder erzeugt werden.
Die jeweils oben genannten Kennungs-Parameter können aber auch zumindest teilweise manuell durch einen Benutzer ermit telt werden - beispielsweise manuell durch eine Messung oder auch mithilfe eines zumindest teilautomatisierten Messystems. Weiterhin können solche Kennungsparameter zumindest teilweise automatisch beispielsweise durch Bildauswerte-Verfahren oder auch zusätzliche automatische digitale Messysteme in einer Simulationsumgebung für die Durchführung des hier beschriebe nen Verfahrens ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Ver fahren zum Erzeugen von Trainingsdaten für ein Transformation-ML-Modell durch die nachfolgenden Verfahrens schritte ausgebildet und eingerichtet sein:
- Auswahl eines 3D-Modells eines Gegenstands,
- Auswahl von Startdaten des 3D-Modells des Gegenstands ober halb einer virtuellen ebenen Fläche,
- Simulieren einer Fallbewegung des 3D-Modells des Gegen stands (250, 350) in Richtung der virtuellen ebenen Fläche,
- Erstellen eines Bilds (132) des 3D-Modells des Gegenstands (250, 350), nachdem die simulierte Bewegung des 3D-Modells des Gegenstands (250, 350) auf der virtuellen ebenen Fläche zur Ruhe gekommen ist,
- Ermitteln mindestens eines Gegenstandsparameters bezüglich des 3D-Modells des Gegenstands unter Verwendung des erstell ten Bilds, wobei der mindestens eine Gegenstandsparameter Kennungsdaten für den Gegenstand, eine Lage oder Position des 3D-Modells des Gegenstands, Informationen bezüglich eines virtuellen Rahmens um das 3D-Modells des Gegenstands, eine Kennung für eine stabile Lage des 3D-Modells des Gegenstands und/oder einen Rotationswinkel des 3D-Modells des Gegenstands auf der virtuellen ebenen Fläche umfasst,
- Zuordnen einer Kennung zu dem ermittelten mindestens einen Gegenstandsparameter, wobei die Kennung Transformationsdaten für eine Transformation des 3D-Modells des Gegenstands von einer festgelegten oder festlegbaren Ausgangsposition in eine ermittelte Position des 3D-Modells des Gegenstands auf der virtuellen ebenen Fläche umfasst,
- Speicherung der Trainingsdaten umfassend den mindestens ei nen Gegenstandsparameter sowie die diesem zugeordnete Ken nung.
Die Speicherung der Trainingsdaten kann dabei in einer Spei chereinrichtung und/oder beispielsweise in einer Datenbank oder Datensammlung für entsprechende Trainingsdaten erfolgen. Dabei wird die ermittelte Position des Gegenstands beispiels weise durch die Kennungsdaten für das 3D-Modell des Gegen stands, eine Lage oder Position des 3D-Modells des Gegen stands, eine Information bezüglich eines virtuellen Rahmens um das 3D-Modells des Gegenstands, die Kennung für eine stabile Lage des 3D-Modells des Gegenstands und/oder einen Rotationswinkel des 3D-Modells des Gegenstands beschrieben.
Dabei können Kennungsdaten für das 3D-Modells des Gegenstands beispielsweise eine ID-Information, Beschreibungsdaten für einen virtuellen Rahmen um das 3D-Modells des Gegenstands, eine ID-Information für eine stabile Lage und/oder Skalie rungsdaten sein oder umfassen.
Die Transformationsdaten, die festgelegte oder festlegbare Ausgangsposition, der Rotationswinkel des 3D-Modells des Ge genstands, die ID-Information oder Kennung für eine stabile Lage des 3D-Modells des Gegenstands sowie der mindestens eine Gegenstandsparameter kann dabei gemäß der vorliegenden Be schreibung ausgebildet und eingerichtet sein. Weiterhin kön nen auch die Lage oder Position des 3D-Modells des Gegen stands und/oder die Informationen bezüglich eines virtuellen Rahmens um das 3D-Modell des Gegenstands gemäß der vorliegen den Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen von Trainingsdaten für ein ML- Modell, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- Auswahl eines 3D-Modells eines Gegenstands,
- Auswahl einer virtuellen ebenen Fläche,
- Bestimmung einer Lage des 3D-Modells des Gegenstands der art, dass das 3D-Modell des Gegenstands die virtuelle ebene Fläche in drei oder mehr Punkten berührt, - Erstellen eines Bilds des digitalen Modells des Gegen stands,
- Zuordnung einer Kennung zu dem Bild, wobei die Kennung eine ID-Information für die vom 3D-Modell des Gegenstands die ein genommene stabile Lage umfasst,
- Speicherung der Trainingsdaten umfassend das erstellte Bild sowie die diesem zugeordnete Kennung.
Die Speicherung der Trainingsdaten kann dabei in einer Spei chereinrichtung und/oder beispielsweise in einer Datenbank oder Datensammlung für entsprechende Trainingsdaten erfolgen.
Dabei kann das ML-Modell beispielsweise gemäß der vorliegen den Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein. Weiterhin kann das beschriebene Verfahren zum Erzeugen von Trainingsda ten für ein ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das genannte Ver fahren auch hier mehrfach ausgeführt, um beispielsweise eine möglichst große Anzahl von Bildern mit zugeordneter Kennung zum Training des ML-Modells zu erzeugen. Dabei kann das Ver fahren beispielsweise so häufig wiederholt werden, dass meh rere - vorteilhafter Weise auch alle - der möglichen stabilen Lagen des digitalen Modells des Gegenstands auf der virtuel len ebenen Fläche auf mindestens einem der Bilder dargestellt sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren beispielsweise so häufig wiederholt werden, dass möglichst viele - vorteilhafter Weise auch alle - der mögli chen stabilen Lagen des digitalen Modells des Gegenstands auf der virtuellen ebenen Fläche auf mindestens zwei der Bilder oder mindestens zehn der Bilder dargestellt sind. Die vorstehend genannten Verfahren zum Erzeugen von Trai ningsdaten können weiterhin derart fortgebildet werden, dass die jeweiligen Verfahren weiterhin jeweils zum Training eines ML-Modells gemäß der vorliegenden Beschreibung, oder zum Training eines weiteren ML-Modells gemäß der vorliegenden Be schreibung, derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass das ML-Modell oder das weitere ML-Modell unter Verwen dung des erfassten oder ermittelten Bilds und zumindest der diesem zugeordneten ID-Information für die vom Gegenstand oder die vom 3D-Modell des Gegenstands eingenommene stabile Lage trainiert wird.
Dabei kann das ML-Modell und/oder das weitere ML-Modell bei spielsweise als ein Erkennungs-ML-Modell und/oder ein Win kelerkennungs-ML-Modell und/oder ein Transformation-ML-Modell ausgebildet und eingerichtet sein bzw. derartige ML-Modelle umfassen . Das ML-Modell und/oder das weitere ML-Modell kann also die Funktion von einem, zwei oder auch allen drei der genannten ML-Modelle umfassen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das ML-Modell beispiels weise als ein Erkennungs-ML-Modell und/oder ein Winkelerken- nungs-ML-Modell ausgebildet und eingerichtet sein, während das weitere ML-Modell beispielsweise als ein Transformation- ML-Modell ausgebildet und eingerichtet sein kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren bei spielsweise zum Training eines Erkennungs-ML-Modells gemäß der vorliegenden Beschreibung, eines Winkelerkennungs-ML- Modells gemäß der vorliegenden Beschreibung und/oder eines Transformation-ML-Modells gemäß der vorliegenden Beschreibung verwendet werden. Das Training des ML-Modells und/oder des weiteren ML-Modells kann dabei weiterhin beispielsweise unter Verwendung des er fassten Bilds des Gegenstands, einer Position des Gegen stands, einer ID-Information des Gegenstands, eines Rotati onswinkels des Gegenstands und/oder einer Kennung bezüglich einer vom Gegenstand eingenommenen stabilen Lage erfolgen. Dabei werden zum Training des ML-Modells und/oder des weite ren ML-Modells dabei beispielsweise die Position des Gegen stands, die ID-Information des Gegenstands, der Rotationswin kel des Gegenstands und/oder die Kennung bezüglich der vom Gegenstand eingenommenen stabilen Lage dem erfassten Bild des Gegenstands zugeordnet. Eine solche Zuordnung von Parametern - hier zum erfassten Bild - wird ganz allgemein auch als so genanntes „Labelling" bezeichnet.
Zum Training eines als Erkennungs-ML-Modell ausgebildeten ML Modells kann das erfasste Bild beispielsweise mit einer Posi tion des Gegenstands, einer ID-Information des Gegenstands und/oder einer Kennung bezüglich einer vom Gegenstand einge nommenen stabilen Lage gelabelt werden.
Weiterhin kann zum Training eines als Rotationserkennungs-ML- Modells ausgebildeten ML-Modells beispielsweise das erfasste Bild des Gegenstands mit einer Position des Gegenstands, ei ner ID Information des Gegenstands, eines Rotationswinkel des Gegenstands und/oder einer Kennung bezüglich einer vom Gegen stand eingenommenen stabilen Lage gelabelt werden.
Zum Training eines als Transformation-ML-Modells ausgebilde ten ML-Modells kann das erfasste Bild beispielsweise mit ent sprechenden Transformationsdaten zur Transformation einer Ausgangs Lage des Gegenstands in die auf dem erfassten Bild eingenommene Lage gelabelt werden. Weiterhin kann zum Training eines als Transformation-ML- Modells ausgebildeten ML Modells mindestens ein unter Verwen dung des erfassten oder erstellten Bilds ermittelter Gegen standsparameter gemäß der vorliegenden Beschreibung bei spielsweise mit entsprechenden Transformationsdaten zur Transformation einer Ausgangslage des Gegenstands in die auf dem erfassten oder erstellten Bild eingenommene Lage gelabelt werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung von vermittels eines Verfahrens zum Erzeugen von Trainingsdaten gemäß der vorliegenden Beschreibung er zeugten Trainingsdaten zum Training eines ML-Modells, insbe sondere eines ML-Modells gemäß der vorliegenden Beschreibung.
Weiterhin wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch ein ML-Modell, insbesondere ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung, wobei das ML-Modell unter Verwendung von Trai ningsdaten trainiert wurde, welche unter Verwendung eines Verfahrens zum Erzeugen von Trainingsdaten gemäß der vorlie genden Beschreibung erzeugt wurden.
Zudem kann ein Verfahren oder ein System zum Ermitteln von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung gemäß der vorlie genden Beschreibung derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass ein im Rahmen der Durchführung des Verfahrens im genann ten System verwendetes ML-Modell unter Verwendung von Trai ningsdaten trainiert wurde, welche unter Verwendung eines Verfahrens zum Erzeugen von Trainingsdaten gemäß der vorlie genden Beschreibung erzeugt wurden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Un teransprüchen . Nachfolgend wird eine exemplarische mögliche Ausgestaltung eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung gemäß der vorlie genden Beschreibung dargestellt.
Diesem Ausführungsbeispiel liegt das Problem zugrunde, dass in vielen Herstellungsprozessen Teile über sogenannte „Schüt ten" als TransportSystem zur Verfügung gestellt werden. Dabei können solche Teile beispielsweise von externen Zulieferern kommen oder auch aus einem vorgelagerten internen Produkti onsprozess . Für den weiteren Herstellungsprozess ist es bei spielsweise notwendig, dass diese Teile isoliert werden und einzeln in spezifischer Weise manipuliert oder transportiert werden. Speziell für Herstellungsverfahren, in welchen diese weitere Behandlung durch Roboter Arme erfolgt, ist eine ge naue Information bezüglich der Lage und Orientierung der iso lierten Teile notwendig. In derartigen Schütten ist aller dings die Lage und Position der Teile vollkommen zufällig und kann nicht auf eine vorgegebene Weise festgelegt werden. Da her müssen diese Daten dynamisch ermittelt werden um diese Teile beispielsweise mit einem Roboterarm erfolgreich greifen und transportieren zu können.
Ein beispielhaftes Verfahren und System zum Greifen eines Ge genstands gemäß der vorliegenden Beschreibung kann beispiels weise kann im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels z.B. derart ausgestaltet und eingerichtet sein, dass das System Objekte oder Teile lokalisieren kann, für welche ein 3D-Modell des Ob ekts bzw. Teils verfügbar ist. Ein solches 3D-Modell kann beispielsweise von einer 3D-CAD-Software erstellt worden sein. Ein solches Verfahren kann beispielsweise auf verschie denen Hardwaregeräten ausgeführt werden, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, einer modularen speicher programmierbaren Steuerung, einem EDGE-Device oder auch unter Verwendung von Rechenkapazität in einer Cloud, beispielsweise um die entsprechende Bildverarbeitung zu machen. Eine spei cherprogrammierbare Steuerung kann dabei beispielsweise der art ausgestaltet sein, dass Verfahrensschritte unter Verwen dung von künstlicher Intelligenz oder maschinellen Lerntech niken in einem speziellen Funktionsmodul für die speicherpro grammierbare Steuerung zur Durchführung von künstliche-Intel ligenz-Methoden durchgeführt werden. Solche Module können beispielsweise ein neuronales Netz umfassen.
Das beispielhafte im folgenden beschriebene System kann die 6D-Orientierung beliebiger Gegenstände z.B. unter Verwendung eines entsprechenden 3D-Modells des Gegenstands erkennen, so dass der Gegenstand zuverlässig an einem im 3D-Modell spezi fizierten Greifpunkt gegriffen werden kann. Dies erlaubt dem System entsprechende Zuführ-Teile mit hoher wiederholbarer Genauigkeit beispielsweise einem bestimmten Produktions schritt zuzuführen.
Ein genereller Aufbau eines Systems zur Durchführung eines derartigen Verfahrens kann beispielsweise die nachfolgend ge nannten Komponenten umfassen: a.) Ein TransportSystem für zu verarbeitende Teile mit einer ebenen Oberfläche, optional mit einer Vibrations-Trennungs- einrichtung; b.) Ein Roboterarm zum Greifen der zu verarbeitenden Teile; c.) Eine Kamera zur Erfassung von Bilddaten von den zu verar beitenden Teilen auf dem TransportSystem für einen entspre chenden Kamera-Controller; d.) Eine speicherprogrammierbare Steuerung (PLC) um jeweils Greifkoordinaten der Zuführteile zur Verfügung zu stellen und an den Roboter zu übermitteln; e.) Einen Karneracontroller zur Identifikation der Teile (Klassifikation), zur Bestimmung von deren Orientierung (Detektion/Segmentierung) und zur Ermittlung der Greifkoordi- naten.
Damit kann ein derartiges beispielhaftes System beispiels weise umfassen: die PLC, den Karneracontroller, die Kamera, eine Software, die auf den jeweiligen Komponenten abläuft, sowie eine weitere Software, welche Eingangswerte für die ge nannte Software erzeugt.
Nach dem Erfassen eines Bilds mit mehreren Teilen ist das beispielhaft beschriebene System dazu ausgebildet und einge richtet, die Teile zu erkennen, dann ein bestimmtes zu grei fendes Teil auszuwählen und die Greifpunkte für dieses zu greifende Teil zu bestimmen. Zu diesem Zweck führt die Soft ware und die weitere Software zur beispielsweise die nachfol genden Schritte aus:
1.) BiId-Segmentierung: In einem ersten Schritt wird das Bild unter Verwendung eines AI-Modells („M-Seg") segmentiert. Die ses Segmentierungs AI-Modell M-Seg ist dabei ein Beispiel für ein Erkennungs-ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung. Dabei wird angenommen, dass jedes der Teile isoliert betrach tet wird, als ob es individuell bzw. einzelnen auf der Abla gefläche bzw. der Zuführeinrichtung liegen würde. Danach wird zu jedem der Teile ein rechteckiger virtueller Begrenzungs rahmen (Ort in X, Y) ermittelt, ein Typ des Ob ekts bestimmt sowie eine Position/Skalierung in X, Y Richtung berechnet. Dabei entspricht die Position der ungefähren Orientierung in der Rotation-Dimension des 6D Raums, basieren auf den mögli chen stabilen Lagen der Teile, wie sie nachfolgend erläutert werden. Das ausgewählte Teil, insbesondere beispielsweise der zugeordnete virtuelle Begrenzungsrahmen, definiert dann die „Region of Interest" (ROI), auf welchen die nachfolgenden Schritte angewendet werden. 2.) In einem weiteren, optionalen Schritt wird der Rotations winkel des ausgewählten Teils in Bezug auf die Ablagefläche berechnet . Dies wird mit einem sogenannten Regressions und/oder Klassifizierungs-AI-Modells („M-RotEst") durchge führt. M-RotEst ist dabei für ein Beispiel für ein Winkeler- kennungs-ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung.
3.) In einem nächsten Schritt wird ein drittes AI-Modell
(„M (Teile-ID, eingenommene stabile Lage, Rotationswinkel) ") auf die ROI angewandt, in welcher sich das ausgewählte Teil befindet . Dabei werden die bereits in den vorhergehenden Schritten bestimmten Größen: Typ des Teils (Teile-ID), einge nommene stabile Lage, sowie der ermittelte Rotationswinkel des Teils als Eingangsgrößen verwendet. Für dieses dritte AI- Modell kann beispielsweise ein „Deep-Neural-Network", ein "Random Forest "-Modell oder ein vergleichbares ML-Modell ver wendet werden. Weiterhin wird ein 3D-Modell des ausgewählten Teils beispielsweise aus einer entsprechenden Datenbank aus gewählt . In einem weiteren Schritt wird dann ein Bildauswer- teverfahren, wie beispielsweise SURF, SIFT oder BRISK auf die ROI angewendet. Dabei werden die erkannten Merkmale des 3D- Modells des ausgewählten Teils sowie auf dem erfassten Bild des Teils abgeglichen. Dieser letztgenannte Schritt ergibt dabei die Transformationsdaten zwischen dem 3D-Modell des ausgewählten Teils und dem ausgewählten Teil auf dem erfass ten Kamerabild in der Realität. Diese Transformationsdaten können dann dazu verwendet werden, um im 3D-Modell gekenn zeichnete Greifpunkte in den realen Raum derart zu transfor mieren, dass dann die Koordinaten der Greifpunkte für das ausgewählte Teil zur Verfügung stehen. Dieses dritte AI Mo dell M (Teile-ID, eingenommene stabile Lage, Rotationswinkel) ist dabei ein Beispiel für ein Transformations-ML-Modell ge mäß der vorliegenden Beschreibung. Nachfolgend wird beschrieben, wie die vorstehend genannte Software bzw. die genannten ML-Modelle (z.B. M-Seg, M-RotEst und M (Teile-ID, eingenommene stabile Lage, Rotationswinkel)) zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet bzw. trainiert werden können.
Dafür wird als ein Input ein 3D-Modell des zu greifenden Teils zur Verfügung gestellt, wobei im 3D-Modell mögliche Greifpunkte für das Teil spezifiziert bzw. gekennzeichnet sind.
Weiterhin werden dann in einem ersten Schritt mögliche stabile Lagen des Teils auf einer ebenen Fläche bestimmt. Da bei ist eine derartige mögliche stabile Lage eine Lage, in welcher sich das Objekt im Gleichgewicht befindet und nicht umkippt. Bei einer Münze ist dies beispielsweise auch eine Lage, bei welcher die Münze auf dem Rand steht.
Diese möglichen stabilen Lagen können beispielsweise ermit telt werden, indem die Gegenstände mit verschiedensten An fangsbedingungen auf eine ebene Fläche fallen gelassen wer den. Dies kann in der Realität erfolgen oder auch in einer entsprechenden physikalischen Simulation unter Verwendung ei nes 3D-Modells des Teils. Dann wird sowohl in der Simulation als auch in der Realität abgewartet, bis das Teil sich nicht mehr bewegt. Die dann erreichte Position wird als eine stabile Lage betrachtet, und als solche erfasst. Eine weitere Option zur Ermittlung möglicher stabiler Lagen ist eine Er mittlung von denjenigen Positionen, in welchen das ausge wählte Teil eine ebene Fläche in (mindestens) drei Punkten berührt, wobei das Objekt dann die Fläche in keinem anderen Punkt durchdringt. Den auf eine der beschriebenen Weisen ermittelten stabilen Lagen wird dann jeweils eine eindeutige Kennung zugeordnet.
Nachfolgend werden dann Trainingsdaten für das Segmentie- rungs-ML-Modell (M-Seg) erzeugt. Die Trainingsdaten bestehen dabei aus einem Satz von Bildern mit erfassten Gegenständen, annotiert bzw. gelabelt mit dem jeweiligen Ort des Gegen stands, einer ID-Information oder einem Typ des Gegenstands, sowie einer entsprechend eingenommenen stabilen Lage. Diese Daten können beispielsweise erzeugt werden, indem in der rea len Welt verschiedene Ob ekte in entsprechenden stabilen La gen positioniert werden. Alternativ können 3D-Modelle der Ob jekte auch in einer Raytracer-Software oder Spiele-Engine in jeweils stabilen Positionen virtuell angeordnet werden, wobei dann dann nachfolgend entsprechende Bilder dieser Gegenstände künstlich erzeugt werden.
Danach werden Label für die entsprechenden Bilder der Objekte erzeugt. Das Label für jedes der Objekte besteht aus einem rechteckigen virtuellen Begrenzungsrahmens (xl, yl, x2, y2), den Objekttyp sowie einer Kennung für die eingenommene stabile Lage.
Wenn das optionale Winkelerkennungsmode11 M-RotEst verwendet wird, wird als Label weiterhin der Rotationswinkel des ausge wählten Teils bezüglich einer Oberflächennormale der Ablage fläche zugeordnet. Bei Verwendung einer Simulation zur Erzeu gung solcher Daten, beispielsweise unter Verwendung einer Ra- ytracer-Engine, können diese Daten zum Labein der erfassten Bilder automatisch erzeugt werden.
Diese ganzen derart erzeugten Daten können dann verwendet werden, um beispielsweise ein Deep-Neural-Network zu trainie ren, wobei beispielsweise Standardarchitekturen wie YOLO für das Modell M-Seg und ein Convolutional Neural Network für die Regression bzw. das Regressions-Modell verwendet werden kön nen. In einem wiederum nachfolgenden Schritt werden dann Referenz abbildungen der jeweiligen Teile in den jeweiligen stabilen Positionen erzeugt. Dies kann wiederum unter Verwendung von realen Objekten geschehen oder auch durch die genannte virtu elle Simulation erzeugt werden. Dabei hat die Verwendung rea- ler Objekte den Nachteil, dass das Labelling manuell gesche hen muss. Bei Verwendung von virtuellen 3D-Modellen können die für das Labelling notwendigen Daten automatisch erzeugt werden und das Labelling daher auch automatisch ablaufen. Weiterhin können auch die Transformationsdaten genauer ermit- telt werden, wenn die Bilder aufgrund einer physikalischen Simulation mit 3D-Modellen erzeugt werden.
Die erzeugten Transformationsdaten erlauben es dann, mithilfe der vorstehend beschriebenen Verfahren im 3D-Modell eines be- stimmten Teils gekennzeichnete Greifpunkte in die Koordinaten entsprechender Greifpunkte eines realen erfassten Teils zu transformieren, sodass eine Greifeinrichtung unter Verwendung dieser Koordinaten das reale Teil an den entsprechenden Greifpunkten greifen kann.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1: Beispiel für ein System zum Greifen eines Gegen stands;
Figur 2: Beispiel für ein 3D-Modell mit Greifpunkten und dar gestellten stabilen Lagen;
Figur 3: Verfahrensbeispiele zur Ermittlung von stabilen La gen eines Gegenstands;
Figur 4: Verfahrensbeispiele zum Training eines ML-Modells; Figur 5: Verfahrensbeispiele zum Erzeugen von Trainingsdaten für ein ML-Modell;
Figur 6: Beispiel für ein Verfahren zum Greifen eines Gegen stands;
Figur 7: Beispiel für ein erfasstes Kamerabild von Gegenstän den inklusive einer Darstellung der zugehörigen 3D-Modelle; Figur 8: ein zweites Beispiel für ein System zum Greifen ei nes Gegenstands;
Figur 9: ein drittes Beispiel für ein System zum Greifen ei nes Gegenstands.
Figur 1 zeigt ein GreifSystem 100 als ein Ausführungsbeispiel für ein System gemäß der vorliegenden Beschreibung. Dieses beispielhafte GreifSystem 100 ist zur Erkennung, Auswahl und dem Greifen und Transport von Gegenständen 200 auf einer Transporteinrichtung 110 ausgebildet und eingerichtet.
Dazu ist in Figur 1 ein quaderförmiges Greifobjekt 200 darge stellt, welches innerhalb einer Transporteinrichtung 110 zu einer ebenen Ablagefläche 112 transportiert und dort abgelegt wird. Weiterhin ist eine Kamera 130 zur Erfassung der Ablage fläche 112 mit dem Greifob ekt 200 vorgesehen, welche mit ei nem Industrie-PC 140 verbunden ist. Der Industrie-PC 140 umfasst dabei eine Bildauswerte-Software, welche ein neurona les Netz 142 umfasst. Unter Verwendung dieser Bildauswerte- Software mit dem neuronalen Netz 142 werden die von der Ka mera 130 erfassten Bilder derart ausgewertet, dass das Greifobjekt 200 sowie weitere mögliche Ob ekte erkannt werden und mit einem nachfolgend näher beschriebenen Verfahren Daten für Greifpunkte zum Greifen dieses Objekts ermittelt werden.
Diese Daten für die Greifpunkte zum Greifen des Ob ekts 200 werden dann vom Industrie-PC zu einer modularen speicherpro grammierbaren Steuerung (SPS) 150 übermittelt. Dort werden diese Daten weiterverarbeitet und dann an einen Roboter 120 mit einem Greifer 122 übermittelt. Der Roboter 120 steuert seinen Greifer 122 dann unter Verwendung dieser Daten derart an, dass der Greifer 122 das Ob ekt 200 an den dafür vorgese henen Greifpunkten greift und zu einem weiteren, nicht in Fi gur 1 dargestellten Produktionsschritt transportiert.
Figur 2 zeigt ein 3D-Modell 250 des quaderförmigen Greifob- jekts 200. Dabei ist das 3D-Modell 250 des quaderförmigen Greifob ekts 200 in Figur 2 sowohl in perspektivische Ansicht (ganz links in Figur 2) als auch in seinen drei stabilen La gen gemäß der vorliegenden Beschreibung dargestellt. In Figur 2 sind weiterhin drei der sechs Seiten des 3D-Modells 250 des Quaders 200 mit entsprechenden Ziffern gekennzeichnet. Die stabilen Lagen 1, 2 und 3 des 3D-Modells 250 sind dabei je weils in einer Ansicht von oben dargestellt.
Weiterhin sind im 3D-Modell 250 jeweils zum Greifen des ent sprechenden Gegenstands vorgesehene Greifpunkte 255 als schwarze Quadrate dargestellt. Dabei sind die Greifpunkte 255 solche Punkte, an denen vorteilhafterweise ein entsprechender Quader 200 von einer Greifeinrichtung 120, 122 gegriffen wer den kann. Das 3D-Modell 250 wurde dabei von einem entsprechenden 3D-CAD-Programm erstellt. Innerhalb dieses Programms wurden die entsprechenden Mode11-Greifpunkte 255 im 3D-Modell 250 gekennzeichnet.
Die in Figur 2 dargestellte „Stabile Lage 1" zeigt eine Lage des 3D-Modells 250, bei welcher dieses auf der schmalen lan gen Seite zu liegen kommt und die dazu parallele schmale lange Seite, die in Figur 2 mit einer Ziffer 1 gekennzeichnet ist, nach oben zeigt. Bei der in Figur 2 dargestellten „Stabilen Lage 2" zeigt die große lange Seite, die in Figur 2 mit einer Ziffer 2 gekennzeichnet ist, nach oben. Entspre chend zeigt die in Figur 2 dargestellte „stabile Lage 3" eine Lage, bei welcher die kurze schmale Seite des 3D-Modells 250, die in Figur 2 mit einer Ziffer 3 gekennzeichnet ist, nach oben.
Die in Figur 2 dargestellten stabilen Lagen können nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Beschreibung ermittelt wor den sein. Einige Beispiele für ein solches Verfahren sind im Zusammenhang mit der nachfolgenden Figur 3 näher erläutert.
Figur 3 zeigt drei Beispielhafte Verfahren 410, 420, 430 für die Ermittlung von ein oder mehreren stabilen Lagen eines Ob jekts bzw. Gegenstands.
In einem ersten, manuellen Verfahren 410 erfolgt in einem ersten Schritt 412 die Auswahl eines bestimmten Objekttyps, für welches ein oder mehrere stabile Lagen ermittelt werden sollen.
In einem nächsten Schritt 414 wird dieses Objekt mit zufälli gen Anfangsbedingungen auf eine ebene Fläche fallen gelassen. Die zufälligen Anfangsbedingungen umfassen dabei eine zufäl lig ermittelte Höhe über der ebenen Fläche sowie eine in Richtung und Geschwindigkeit beliebige Anfangsgeschwindigkeit für das ausgewählte Objekt.
Danach wird in einem Schritt 416 abgewartet, bis sich das fallengelassene Objekt nicht mehr bewegt. Ist dieses zur Ruhe gekommen, wird, beispielsweise mit einer Kamera, ein Bild des Ob ekts auf der ebenen Fläche erfasst.
In einem nächsten Schritt 418 wird dann die vom Objekt einge nommene stabile Position auf der ebenen Fläche identifiziert und eine für die eingenommene stabile Position eindeutige Kennung ermittelt. Diese für die eingenommene stabile Posi tion eindeutige Kennung wird dann dem erfassten Bild zugeord net.
Eine auf diese Weise ermittelte Kombination eines erfassten Bilds mit einer eindeutigen Kennung für die auf dem Bild durch das Ob ekt eingenommene stabile Lage kann dann bei spielsweise für spätere vergleichbare Messungen herangezogen werden, um entsprechend eindeutige Kennungen stabilen Positi onen zuzuordnen. So kann beispielsweise mithilfe derartiger Bild-Kennungs-Kombinationen eine Datenbank bezüglich stabiler Lagen von Ob ekten aufgebaut werden.
Weiterhin kann eine derartige Bild-Kennungs-Kombination zum Training eines ML-Modells gemäß der vorliegenden Beschreibung verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird nachfol gend Verfahrensschritt 418 wiederum Verfahrensschritt 414 ausgeführt, beispielsweise mit demselben Objekt und anderen Anfangsbedingungen . Auf diese Weise wird dann wiederum eine neue Bild-Kennungs-Kombination erzeugt mit der dann wie vor stehend bereits beschrieben umgegangen werden kann. Dies ist in Figur 3 mit einem Pfeil zwischen den Verfahrensschritten 418 und 414 gekennzeichnet.
Auf diese Weise kann das Verfahren so lang durchgeführt wer den, bis beispielsweise für eine Datenbank oder auch für ein Training eines entsprechenden ML-Modells genügend Bild-Ken- nungs-Kombinationen vorhanden sind.
Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn für jedes der möglichen Objekte und jede der möglichen stabilen Lagen der artiger Ob ekte genügend Bild-Kennungs-Kombinationen vorlie gen.
Figur 3 zeigt weiterhin ein erstes automatisches Verfahren 420 ebenfalls zur Ermittlung von stabilen Lagen eines oder mehrerer Objekte.
Auch hierbei wird in einem ersten Schritt 422 ein Ob ekt aus gewählt, für welches entsprechend stabile Lagen bestimmt wer den sollen. Zu diesem Objekt wird dann ein entsprechendes 3D- Modell ausgewählt. Derartige 3D-Modelle können beispielsweise mit entsprechenden 3D-CAD Programmen erstellt werden bzw. er stellt worden sein.
In einem nächsten Schritt 424 wird dann der Fall eines sol chen Objekts auf eine ebene Fläche unter Verwendung des 3D- Modells des Ob ekts auf eine virtuelle Fläche unter Verwen dung einer Simulationsumgebung mit einer physikalischen Simu lation simuliert (beispielsweise mit einer sogenannten "Game- Engine") . Dabei können die Anfangsbedingungen beispielsweise bezüglich Geschwindigkeit und Richtung zufällig gewählt wer den. Nachfolgend wird in einem Schritt 426 die Simulation so lange fortgeführt, bis sich das simulierte Objekt im Rahmen der normalen Messgenauigkeit nicht mehr bewegt. Dann wird mit Hilfe der Simulationsumgebung ein Bild des auf der virtuellen ebenen Fläche zur Ruhe gekommenen 3D-Modells des Gegenstands erzeugt . Dabei wird das Bild auf eine Weise erzeugt, dass es einer Karneraaufnähme eines dem 3D-Modell entsprechenden rea len Objekts auf einer der virtuellen Fläche entsprechenden realen ebenen Fläche entspricht.
Danach wird im nächsten Schritt 428 diesem erstellten bzw. erzeugten Bild eine eindeutige Kennung für die durch das 3D- Modell auf dem Bild eingenommene stabile Lage zugeordnet.
Wie im vorstehenden Beispiel kann diese Bild-Kennungs-Kombi nation dann zum Aufbau einer entsprechenden Datenbank bzw. zum Training eines entsprechenden ML-Modells herangezogen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das genannte Ver fahren dann mehrfach ausgeführt werden, indem dem Verfahrens schritt 428 dann erneut der Verfahrensschritt 424 nachfolgt. In diesem nachfolgenden Schritt 424 wird dann der Fall eines 3D-Modells beispielsweise mit anderen Anfangsbedingungen si muliert . Dies ist in Figur 3 durch einen entsprechenden Ver bindungspfeil zwischen Verfahrensschritt 428 und Verfahrens schritt 424 dargestellt.
Auf diese Weise können wiederum, wie vorstehend bereits be schrieben, so viele Bild-Kennungs-Kombinationen erzeugt wer den, wie sie zum Aufbau einer entsprechenden Datenbank bzw. zum Training eines entsprechenden ML-Modells notwendig sind. Weiterhin zeigt Figur 3 ein zweites automatisches Verfahren 430 zur Ermittlung von stabilen Objektlagen. Auch in diesem Fall wird in einem ersten Schritt 432 ein Ob ekt ausgewählt, für welches nachfolgend stabile Ob ektlagen bestimmt werden.
Dieses zweite automatische Verfahren arbeitet wiederum unter Verwendung eines 3D-Modells des ausgewählten Ob ekttyps. Da bei werden in einer nächsten Verfahrensschritt 434 in einer entsprechenden Simulations- oder CAD-Software die enigen La gen des ausgewählten 3D-Modells auf einer virtuellen Fläche ermittelt, bei welchen das 3D-Modell die virtuelle ebene Flä che in drei oder mehr Punkten berührt, ohne dass das 3D-Mo- dell diese ebene Fläche in weiteren Punkten durchdringt.
Von jeder dieser ermittelten Lagen des 3D-Modells auf der virtuellen ebenen Fläche wird dann in einem nächsten Schritt 436, vergleichbar mit dem ersten automatischen Verfahren 420, ein oder mehrere Bilder des 3D-Modells auf der virtuellen ebenen Fläche erzeugt. Dabei können, bei mehreren Bildern, für jedes der Bilder andere virtuelle Kamerapositionen heran gezogen werden.
In einem nächsten Verfahrensschritt 438 wird dann den ent sprechenden erstellten Bildern jeweils eine eindeutige Ken nung für die durch das Objekt auf dem jeweiligen Bild einge nommene stabile Lage zugeordnet.
Diese Kennungs-Bild-Kombinationen können dann wiederum zum Aufbau einer entsprechenden Datenbank für stabile Lagen von Objekten und/oder zum Training von einem oder mehreren ent sprechenden ML-Modellen herangezogen werden. Figur 4 zeigt zwei Beispiele für Verfahren 510, 520 zum Er zeugen von Trainingsdaten für ein Erkennungs-ML-Modell und/oder ein Winkelerkennungs-ML-Modell.
Dabei ist das in Figur 4 links dargestellte erste Verfahren 510 zur manuellen bzw. teilautomatisierten Ermittlung von Trainingsdaten für ein Erkennungs-ML-Modell und/oder ein Win kelerkennungs-ML-Mode11 vorgesehen. Dabei wird in einem ers ten Schritt 512 ein bestimmter Objekt-Typ ausgewählt, für den entsprechende Trainingsdaten erzeugt werden sollen.
In einem weiteren Schritt 514 werden stabile Objekt-Lagen für diesen Ob ekttyp auf einer ebenen Fläche ermittelt. Dabei können beispielsweise Verfahren gemäß der vorliegenden Be schreibung verwendet werden.
In einem nachfolgenden Arbeitsschritt 516 wird eine Mehrzahl von Bildern unter Verwendung des ausgewählten Ob ekts in ver schiedenen Positionen, verschiedenen stabilen Lagen und ver schiedenen Rotationswinkeln um eine oberflächennormale der ebenen Fläche erzeugt oder z.B. aus einer Datenbank oder Bil dersammlung ausgewählt.
In einem nachfolgenden Arbeitsschritt 518 werden den jeweili- gen Bildern Kennungsdaten für das Objekt zugeordnet, bei spielsweise Daten bezüglich eines virtuellen Rahmens um das Objekt, ein Ob ekttyp, eine Kennung für die eingenommene stabile Lage und/oder ein Ort. Werden Trainingsdaten für ein Winkelerkennungs-ML-Modell erzeugt, umfassen die Kennungsda ten weiterhin auch noch einen Rotationswinkel.
Danach wird werden dieselben Verfahrensschritte beginnen mit Verfahrensschritt 512 wiederum mit einem weiteren Objekt-Typ ausgeführt . Diese Schleife wird so lange wiederholt, bis Trainingsdaten für all jene Objekte erzeugt wurden, welche für eine Anwendung des entsprechenden ML-Modells benötigt werden.
Das auf der rechten Seite von Figur 4 dargestellte automati sche, simulationsbasierte Verfahren 520 beginnt wiederum in einem ersten Verfahrensschritt 522 mit einer Auswahl eines Objekt-Typs und einem entsprechend zugehörigen 3D-Modell für diesen Objekttyp. Dabei kann Das 3D-Modell beispielsweise ge mäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerich tet sein.
Danach werden im nächsten Verfahrensschritt 524 wiederum die stabilen Objekt-Lagen unter Verwendung des 3D-Modells des ausgewählten Objekttyps automatisch ermittelt. Diese automa tische Ermittlung kann beispielsweise gemäß der vorliegenden Beschreibung erfolgen.
In einem nächsten Verfahrensschritt 526 wird automatisch ein Satz von Bildern unter Verwendung des 3D-Modells des ausge wählten Objekttyps in verschiedenen Positionen, stabilen La gen und Rotationswinkeln erzeugt. Die Erzeugung dieser Bilder kann beispielsweise wiederum gemäß der vorliegenden Beschrei bung erfolgen, beispielsweise unter Verwendung einer entspre chenden Raytracer-Engine.
In einem nächsten Verfahrensschritt 528 werden die erzeugten Bilder dann mit entsprechenden Kenndaten automatisch anno tiert bzw. gelabelt. Derartige Kenndaten sind beispielsweise Informationen bezüglich eines virtuellen Rahmens um das dar gestellte Objekt, einen Objekttyp, eine Kennung bezüglich ei ner stabilen Lage des Objekts und/oder einer Position des Ob jekts. Sind die Trainingsdaten zum Training eines Winkeler- kennungs-ML-Modells vorgesehen, dann umfassen die Kenndaten weiterhin einen Rotationswinkel. Die genannten Kenndaten kön nen automatisch annotiert bzw. gelabelt werden, da durch die virtuelle Erzeugung der Bilder mithilfe einer Simulationsum gebung und einer entsprechenden Raytracer-Engine diese Daten bereits beim Erzeugen des Bilds bekannt sind.
Danach werden die Verfahrensschritte, beginnend mit dem Ver fahrensschritt 522 für einen weiteren Objekttyp ausgeführt. Diese Schleife wird so lange durchgeführt, bis Trainingsdaten für all jene Ob ekte erzeugt wurden, welche für eine Anwen dung des entsprechenden ML-Modells benötigt werden.
In Figur 5 sind zwei Verfahren 610, 620 dargestellt, welche Beispiele für Verfahren zur Erzeugung von Trainingsdaten für ein Transformation-ML-Modell sind.
Auf der linken Seite von Figur 5 ist ein erstes manuelles Verfahren 610 dargestellt.
In einem ersten Arbeitsschritt 612 wird dabei wiederum ein bestimmter Objekttyp ausgewählt, für welchen dann entspre chende Trainingsdaten erzeugt werden.
In einem zweiten Arbeitsschritts 614 wird dann ein Bild unter Verwendung des ausgewählten Objekttyps erzeugt, z.B. nachdem das ausgewählte Ob ekt mit beliebigen Anfangsbedingungen (z.B. bezüglich Höhe und Start-Geschwindigkeitsvektor) auf eine ebene Fläche fallen gelassen wurde.
In einem nächsten, optionalen Schritt 616 werden dann Ob ekt- Lagedaten aus dem erzeugten Bild ermittelt. Solche Objekt-La- gedaten können beispielsweise eine Position des Ob ekts eine Kennung für das Ob ekt, Informationen bezüglich eines virtuellen Begrenzungsrahmens um das Objekt, ein Rotations winkel und/oder eine eingenommene stabile Lage sein bzw. um fassen.
Nachfolgend werden dann in einem nächsten Schritt 618 Trans formationsdaten zur Transformation eines 3D-Modells des aus gewählten Objekts in die Lage des Modells auf dem erzeugten Bild bestimmt. Dies kann beispielsweise derart erreicht wer den, indem beispielsweise auf einem Computerbildschirm das erfasste Bild mit einer Darstellung des 3D-Modells überlagert wird und durch manuelle Transformationsaktionen eines Benut zers das 3D-Modell Bild des Ob ekts so transformiert bzw. ge dreht und verschoben und eskaliert wird, dass es mit den auf dem erzeugten Bild dargestellten Ob ekt übereinstimmt. Aus den dabei verwendeten Transformation-Operationen können die gewünschten Transformationsdaten dann auf dem Fachmann be kannte Weise ermittelt werden.
Danach werden diese Transformationsdaten dann beispielsweise dem erzeugten Bild oder auch den ermittelten Ob ekt-Lagedaten zugeordnet . Diese annotierten oder gelabelten Bilder bzw. an notierten oder gelabelten Lagedaten können dann zum Training eines entsprechenden Transformation-ML-Modells herangezogen werden.
Nachfolgend werden die Verfahrensschritte beginnend mit Ver fahrensschritts 614 so lange wiederholt, bis für den ausge wählten Ob ekttyp genügend Trainingsdaten erzeugt wurden. Diese Schleife ist durch einen entsprechenden Pfeil an der rechten Seite des dargestellten manuellen experimentellen Verfahrens 610 symbolisiert.
Wurden genügend Trainingsdaten für ein bestimmtes Ob ekt er zeugt, wird nachfolgend dem letztausgeführten Verfahrensschritt 618 zum Annotieren eines Bilds bzw. von La gedaten das manuelle Verfahren 610 beim ersten Verfahrens schritt 612 zur Auswahl eines neuen Objekttyps wieder begon nen, wonach entsprechende Trainingsdaten für diesen weiteren Ob ekttyp ermittelt werden. Diese Schleife ist durch einen gestrichelten Pfeil an der linken Seite des in Figur 5 darge stellten manuellen Verfahrens 610 symbolisiert.
Der vorstehend dargestellte Ablauf des manuellen Verfahren 610 wird solange ausgeführt, bis genügend Trainingsdaten für alle relevanten Ob ekttypen ermittelt wurden.
Auf der rechten Seite von Figur 5 ist ein beispielhaftes au tomatisches Verfahren 620 dargestellt, mit welchem sich Trai ningsdaten für ein Transformations-ML-Modell automatisiert und simulationsbasiert erzeugen lassen.
In einem ersten Verfahrensschritt 622 wird auch hier ein be stimmter Ob ekttyp und ein entsprechendes 3D-Modell dafür er mittelt .
Danach wird in einem nächsten Verfahrensschritt 624 automa tisch ein Bild des ausgewählten 3D-Modells in beliebiger Po sition, mit beliebigem Rotationswinkel und in beliebiger stabiler Lage erzeugt. Dies kann beispielsweise vermittels einer physikalischen Simulation erfolgen, bei welcher der Fall eines entsprechenden Ob ekts mit beliebigen Startbedin gungen (z.B. Bezüglich Höhe und Geschwindigkeitsvektor) auf eine ebene Oberfläche simuliert wird, und dann mithilfe einer entsprechenden Raytracer-Engine ein Bild des Gegenstands er zeugt wird, nachdem dieser in der Simulation wieder zur Ruhe gekommen ist. Diese Erzeugung eines Bilds kann beispielsweise gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und einge richtet sein. Bei bekannten stabilen Lagen des Gegenstands können die Bil der z.B. auch erzeugt werden, indem das 3D-Modell des Gegen stands mit verschiedenen Positionen, Rotationswinkeln und stabilen Lagen jeweils auf einem Bild dargestellt bzw. geren- dert wird - z.B. durch ein entsprechendes 3D-Modelling- oder 3D-CAD-Tool .
In einem nächsten optionalen Verfahrensschritt 626 werden au tomatisch Ob ekt-Lagedaten aus dem erzeugten Bild bzw. direkt aus der entsprechenden Simulationsumgebung oder dem entspre chenden 3D-Modelling- oder 3D-CAD-Tool entnommen. Solche Ob jekt-Lagedaten können wiederum beispielsweise eine Position, Informationen bezüglich eines virtuellen Begrenzungsrahmens um das Objekt, ein Rotationswinkel und/oder eine Kennung für eine eingenommene stabile Lage des Objekts umfassen.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt 628 werden dann au tomatisch Transformationsdaten des 3D-Modells des Objekts in das in der Simulationsumgebung befindliche Objekt bzw. das auf dem erzeugten Bild dargestellte Objekt erzeugt. Dies kann beispielsweise durch Importieren des 3D-Modells des Objekts in die Simulationsumgebung und nachfolgende automatisch er mittelte oder mittelbare Transformationsoperationen derart geschehen, dass das importierte 3D-Modell des Objekts in das auf der ebenen Oberfläche befindliche Objekt in der eingenom menen stabilen Lage überführt wird. Diese Abfolge von Trans formationsoperationen können dann bereits die entsprechenden Transformationsdaten darstellen. Weiterhin kann alternativ diese Abfolge von Transformationsoperationen auf dem Fachmann bekannte Weise in die Transformationsdaten umgewandelt wer den. Dann wird beispielsweise das erzeugte Bild oder die dazu ermittelten Lagedaten mit diesen entsprechenden Transformati onsdaten annotiert bzw. gelabelt. Die so gelabelten Bilder bzw. Lagedaten können dann als Trainingsdaten für ein ent sprechendes Transformation-ML-Modell herangezogen werden.
Wie bereits im Zusammenhang mit dem manuellen Verfahren 610 in Figur 5 erwähnt, können auch hierdurch eine erste Verfah rensschleife zurück zu Verfahrensschritts 624 erst weitere Bilder für den ausgewählten Objekttyp und damit auch weitere Trainingsdaten für diesen Ob ekttyp für ein Transformation- ML-Modell erzeugt werden. Diese erste Schleife ist in Figur 5 durch einen Pfeil an der linken Seite des Verfahrensablaufs des automatischen Verfahren 620 gekennzeichnet.
Wurden genügend Trainingsdaten für einen bestimmten Ob ekttyp erzeugt, wird in einer zweiten überlagerten Verfahrens schleife, beginnend wiederum beim ersten Verfahrensschritt 622 ein neuer Ob ekttyp ausgewählt und danach das vorstehend erläuterte Verfahren für diesen weiteren Ob ekttyp durchge führt. Diese zweite überlagerte Verfahrensschleife ist in Fi gur 5 an der rechten Seite der Darstellung des automatischen Verfahren 620 durch einen entsprechenden gestrichelten Pfeil vom letzten Verfahrensschritts 628 zum ersten Verfahrens schritt 622 dargestellt.
Das gesamte automatische Verfahren 620, wie vorstehend darge stellt, wird dann so lange ausgeführt, bis für alle erforder lichen Objekttypen genügend Trainingsdaten zum Trainieren ei nes entsprechenden Transformation-ML-Modells zur Verfügung stehen.
Figur 6 zeigt ein Beispiel für einen Verfahrensablauf zum Greifen eines Ob ekts von einer Fläche unter Verwendung eines Erkennungs-ML-Modells bzw. eines Winkelerkennungs-ML-Modells sowie eines Transformation-ML-Modells gemäß der vorliegenden Beschreibung . Nachfolgend wird das in Figur 6 dargestellte Verfahren dabei am Beispiel des in Figur 1 dargestellten Systems näher erläu tert.
In einem ersten Verfahrensschritt 710 wird von der Kamera 130 eine Karneraaufnähme des auf der Ablagefläche 112 befindlichen Quaders 200 gemacht.
Dieses Kamerabild wird im nächsten Verfahrensschritts 711 an den Industrie-PC 140 übermittelt, auf welchem eine entspre chende Bildauswerte-Software umfassend ein entsprechendes Er- kennungs-ML-Modell oder auch ein entsprechendes Winkelerken- nungs-ML-Modell implementiert ist. Das in Figur 1 darge stellte neuronale Netz 142 ist dabei ein Beispiel für ein solches Erkennungs-ML-Modell oder ein solches Winkelerken- nungs-ML-Modell .
Im genannten Verfahrensschritt 711 wird unter Verwendung des Erkennungs-ML-Modells ein virtueller Begrenzungsrahmen (eine sogenannte „Bounding Box") um den abgebildeten Quader 200 be stimmt, sowie ein Objekttyp für den erfassten Quader 200 so wie seine Position und Skalierung auf dem aufgenommenen Bild sowie eine dabei eingenommene stabile Position bestimmt.
Diese Ermittlung der genannten Parameter kann beispielsweise wie in der vorliegenden Beschreibung näher erläutert ausge bildet und eingerichtet sein. Optional kann auch ein Win kelerkennungs-ML-Mode11 verwendet werden, wobei dann als zu sätzlicher Parameter noch ein Rotationswinkel um eine Ober flächennormale der Ablagefläche 112 ermittelt wird. Auch diese Ermittlung kann beispielsweise gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein. Für den Fall, das auf dem erfassten Bild mehrere Objekte dar gestellt sind, wird Verfahrensschritts 711 für jedes der dar gestellten Objekte durchgeführt.
In einem weiteren Verfahrensschritt 712 beispielsweise derje- nige virtuelle Begrenzungsrahmen ausgewählt, in welchem sich das Objekt befindet, dass vom Roboter 120 gegriffen werden soll. Im vorliegenden Beispiel entspricht der ausgewählte Be grenzungsrahmen demjenigen um den Quader 200.
Danach werden in einem nächsten Verfahrensschritt 713 unter Verwendung eines entsprechend für diesen Anwendungsfall trai nierten Transformations-ML-Modells Transformationsdaten für eine Transformation eines 3D-Modells 250 für den Quader 200 in den auf der Ablagefläche 112 befindlichen Quader 200 er zeugt. Dafür werden beispielsweise charakteristische Lageda ten des Quaders 200, wie z.B. seine Position, Informationen zum virtuellen Begrenzungsrahmen um den Quader, die eingenom mene stabile Lage, ein Rotationswinkel bezüglich einer Ober flächennormale der Ablagefläche 112 oder vergleichbare Lage daten in das Transformation-ML-Mode11 eingegeben. Dieses lie fert dann die entsprechenden Transformationsdaten zur Trans formation des 3D-Modells 250 des Quader 200 in den auf der Ablagefläche 112 befindlichen Quader 200.
Danach werden in einem nächsten Verfahrensschritts 714 Koor dinaten der im 3D-Modell 250 des Quaders 200 erfassten Greif punkte 255 bestimmt.
Danach werden die in Verfahrensschritts 713 generierten Transformationsdaten dann in einem weiteren Verfahrensschritt 715 auf die Koordinaten der Modell-Greifpunkte 255, welche in Verfahrensschritts 714 ermittelt wurden, angewendet, um dar aus dann konkrete Roboter-Greifkoordinaten zum Greifen des Quaders 200 auf der Ablagefläche 112 zu bestimmen. Dabei sind die entsprechenden Roboter-Greifkoordinaten derart ausgebil det und eingerichtet, dass der Greifer 122 des Roboters 120 den Quader 200 an einem oder mehreren Greifpunkten fast, wo bei diese Greifpunkte Modell-Greifpunkten 255 im 3D-Modell 250 des Quaders 200 entsprechen.
Während die Verfahrensschritte 711 bis 715 beispielsweise im Industrie-PC 140 ablaufen, werden dann die in Verfahrens schritts 715 generierten Roboter-Greifkoordinaten in einem nächsten Verfahrensschritt 716 vom Industrie-PC 140 an die SPS 150 übermittelt.
In einem abschließenden Verfahrensschritts 717 werden diese Daten nachfolgend von der SPS 150 in entsprechende Steuerda ten für den Roboter 120 umgewandelt und an den Roboter 120 übertragen . Dieser greift dann den Quader 200 an den berech neten Greifpunkten, um ihn nachfolgend an einen gewünschten Ablageort zu transportieren.
Figur 7 zeigt auf der linken Seite zwei 3D-Modelle 250, 350, wobei neben dem bereits in Figur 2 dargestellten 3D-Modell 250 des Quaders 200 weiterhin noch ein 3D-Modell 350 einer Pyramide dargestellt ist. Im 3D-Modell 250 des Quaders 200 sind wiederum entsprechende Modell-Greifpunkte 255 gekenn zeichnet, welche geeignete Stellen am entsprechenden Quader 200 kennzeichnen, an welchen vorteilhafterweise ein Greifer zum Greifen des Quaders 200 ansetzen kann. Entsprechend sind im 3D-Modell 350 der Pyramide Modell-Greifpunkte 355 zum Greifen einer entsprechenden Pyramide gekennzeichnet.
Auf der rechten Seite von Figur 7 ist beispielhaft ein Karne- rabild 132 dargestellt, auf welchem auf einer entsprechenden ebenen Fläche befindliche Quader 200, 210, 220 sowie Pyramiden 300, 310 erfasst wurden. Dabei entsprechen die drei dargestellten Quader 200, 210, 220 dem 3D-Modell 250 des Qua ders, welcher auf der linken Seite von Figur 7 dargestellt ist. Die zwei Pyramiden 300, 310 entsprechen dem 3D-Modell 350 der Pyramide, welche auf der linken Seite von Figur 7 dargestellt ist.
Dabei befindet sich ein erster auf dem Kamerabild 132 darge stellte Quader 200 in der zweiten stabilen Lage für diesen Quader 200, wie sie im Rahmen der Erläuterungen zu Figur 2 dargestellt wurde. In dieser zweiten stabilen Lage zeigt die große lange Seite, welche in Figur 2 mit der Ziffer 2 gekenn zeichnet ist, nach oben. Weiterhin ist auf den Kamerabild 122 auf dem Quader 200 ein entsprechender Greifpunkt 205 gekenn zeichnet, welcher dem in Figur 2 dargestellten Model1-Greif- punkt 255 in der zweiten stabilen Lage entspricht.
Vermittels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Beschrei bung können dann beispielsweise Transformationsdaten berech net werden, mit welchen sich die Parameter für den entspre chenden Modell-Greifpunkt 255 in Koordinaten für den Greif punkt 205 des Quaders 200 auf dem Kamerabild 132 umrechnen lassen. Mithilfe Diese Transformationsdaten können dann bei spielsweise Steuerungsdaten für einen Roboter ermittelt wer den, damit dieser beispielsweise mit einem Sauggreifer den Quader 200 am Greifpunkt 205 fassen und somit transportieren kann.
Weiterhin zeigt das Kamerabild 132 einen virtuellen Begren zungsrahmens 202 um den dargestellten Quader 200. Mit diesem virtuellen Begrenzungsrahmen 202 kann beispielsweise eine entsprechende „Region of Interest" (ROI) für diesen Quader 200 definiert werden. Weiterhin lassen sich aus den Daten zu diesem virtuellen Begrenzungsrahmens 202 für den dargestellten Quader 200 weitere Kenngrößen für den Quader, wie beispielsweise eine Position, ein Skalierungsfaktor oder auch eine Abschätzung für einen Rotationswinkel und/oder eine stabile Lage ermitteln.
Auf vergleichbare Weise ist in Figur 7 ein zweiter Quader 210 dargestellt, welcher sich in einer ersten stabilen Lage, wie sie in Figur 2 erläutert wurde, befindet. Dabei zeigt die kurze lange Seite des Quaders 210, welche in Figur 2 mit der Ziffer 1 bezeichnet ist, nach oben. Auf dem Kamerabild 132 ist wiederum ein entsprechender Quader Greifpunkt 215 darge stellt, welcher dem Modell-Greifpunkt 255 entspricht, welche in Figur 2 auf der Abbildung der Ansicht der stabilen Lage 1 des 3D-Modells 250 des Quaders entspricht. Weiterhin ist auch hier ein virtueller Begrenzungsrahmen 212 um den zweiten Qua der 210 dargestellt.
Weiterhin zeigt Figur 7 auf dem Kamerabild 132 einen dritten Quader 220, welche sich wiederum in der zweiten stabilen Lage gemäß Figur 2 befindet. Auch hier ist wieder ein entsprechen der Greifpunkte 225 eingezeichnet, welcher dem in Figur 2 dargestellten Modell-Greifpunkt 255 in der zweiten stabilen Lage entspricht. Auch dem dritten Quader 220 ist ein entspre chender virtueller Begrenzungsrahmen 222 zugeordnet und auf dem Kamerabild 132 dargestellt.
Entsprechend zeigt das Kamerabild weiterhin eine erste Pyra mide 300 mit einem in der entsprechenden stabilen Lage sicht baren Greifpunkt 305, welcher einem der Pyramidenmodell- Greifpunkte 355 entspricht. Auch um diese erste Pyramide 300 ist ein entsprechender virtueller Begrenzungsrahmen 302 ein gezeichnet, welcher beispielsweise zur Auswahl der Pyramide zu einem nachfolgenden Greifen am Greifpunkt 305 herangezogen werden kann. Das Kamerabild 132 zeigt weiterhin eine zweite Pyramide 310 in einer stabilen Lage für eine derartige Pyramide 300, 310. Auch auf dieser auf dem Kamerabild 132 erfassten zweiten Py ramide 310 ist ein Greifpunkt 315 eingezeichnet, welcher ei nem der Pyramidenmodell-Greifpunkte 355 entspricht. Auch zu dieser zweiten Pyramide 310 ist auf dem Kamerabild 132 ein entsprechender virtueller Begrenzungsrahmen 312 eingezeich net.
Ein derartiges Kamerabild 132 könnte beispielsweise erfasst werden, wenn sich auf der Ablagefläche 112 der Transportein- richtung 110, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, drei Quader 200, 210, 220 gemäß dem 3D-Modell 250 dieser Quader 200, 210, 220 befinden, sowie zwei Pyramiden 300, 310 gemäß dem 3D-Mo- dell 350 dieser Pyramiden 300, 310.
Durch ein Bildauswerte erfahren gemäß der vorliegenden Be schreibung können dann beispielsweise die virtuellen Begren zungsrahmen 202, 212, 222, 302, 312 ermittelt werden, sowie die jeweiligen Positionen, stabilen Lagen und Rotationswinkel der dargestellten Gegenstände 200, 210, 220, 300, 310. Dann kann beispielsweise der erste Quader 200 in einem entspre chenden Auswahlschritt ausgewählt werden.
Mittels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Beschreibung können dann aus den ermittelten Positionsdaten und Parametern des ersten Quaders 200 auf dem Kamerabild 132 Transformati onsdaten ermittelt werden, mit welchen sich das 3D-Modell 250 des Quaders 200 in den auf dem Kamerabild 132 befindlichen Quader in der Realität transformieren lässt. Diese Transfor mationsdaten können dann angewendet werden, um die Quadermo del1-Greifpunkte 255 in Koordinaten der Greifpunkte 205 des Quaders 200 auf dem Kamerabild 132 umzurechnen. Unter Verwendung dieser Koordinaten für die Greifpunkte 205 des ausgewählten Quaders 200 können dann Roboterdaten zur Ansteu erung eines Roboters, der beispielsweise einen Sauggreifer aufweist, ermittelt werden. Mit diesem lässt sich dann der Quader 200 am Quader-Greifpunkte 205 fassen und transportie ren.
Figur 8 zeigt eine Abwandlung des bereits in Figur 1 darge stellten GreifSystems 100. Im in Figur 8 dargestellten GreifSystem 100 ist dabei der in Figur 1 dargestellte Indust- rie-PC 140 zur Bildauswertung durch ein Edge-Device 190 er setzt, welches ebenfalls zumindest unter anderen zur Auswer tung von Bildern der Kamera 130 ausgebildet und eingerichtet ist. Dabei kann das Edge-Device beispielsweise gemäß der vor liegenden Beschreibung ausgebildet und eingerichtet sein und beispielsweise neben der Kopplung an die SPS 150 auch noch mit einer nicht in Figur 8 dargestellten Cloud verbunden sein. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Bildaus- werteverfahren zur Auswertung der von der Kamera 130 erfass ten Bilder, oder zumindest Teile davon, auf dieser Cloud ab laufen.
Figur 9 stellt eine weitere Abwandlung der in Figur 1 und 8 dargestellten GreifSysteme 100 dar, wobei im in Figur 9 dar gestellten GreifSystem 100 die Auswertung der von der Kamera 130 erfassten Bilder in der SPS 150 erfolgen. Dazu umfasst die SPS 150 eine zentrale Steuerungsbaugruppe 152, welche eine AblaufUmgebung 154 zum Ablauf eines entsprechenden Steu- erprogramms, unter anderem zur Ansteuerung der Transportein- richtung 110 sowie des Roboters 120, aufweist. Weiterhin um fasst die SPS 150 eine Eingabe-Ausgäbe-Baugruppe 158, über welche die Kommunikation der SPS 150 mit der Transportein- richtung 110 sowie den Roboter 120 erfolgt. Die SPS 150 um fasst weiterhin ein Funktionsmodul 160 zur zum Ablauf eines BildauswerteVerfahrens zur Auswertung von Bildern der Kamera 130, wobei das Funktionsmodul 160 ein neuronales Netz 162 um fasst, welches ein Ausführungsbeispiel beispielsweise für ein Erkennungs-ML-Modell gemäß der vorliegenden Beschreibung, ein Winkelerkennungs-ML Modell gemäß der vorliegenden Beschrei bung und/oder ein Transformation-ML-Modell gemäß der vorlie genden Beschreibung darstellt.
Dabei sind das Zentralmodul 152, dass Eingabe-Ausgäbe-Modul 158 sowie das Funktionsmodul 160 der SPS 150 über einen in ternen Rückwandbus 156 miteinander gekoppelt. Die Kommunika tion zwischen diesen Modulen 152, 158, 160, erfolgt bei spielsweise über diesen Rückwandbus 156.
Dabei kann die SPS 150 beispielsweise derart ausgebildet und eingerichtet sein, das im Rahmen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Beschreibung alle die enigen Arbeitsschritte, welche ein ML-Modell verwenden, im Funktionsmodul 160 der SPS 150 ablaufen, während alle anderen Arbeitsschritte im Rahmen des genannten Verfahrens durch ein in der AblaufUmgebung 154 des Zentralmoduls 152 ablaufenden Steuerprogramm ausgeführt werden.
Alternativ kann die SPS 150 beispielsweise auch derart ausge bildet und eingerichtet sein, dass im Rahmen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Beschreibung alle Arbeitsschritte, die im Zusammenhang mit der Auswertung von Bildern stehen, insbe sondere Bildern der Kamera 130, im Funktionsmodul 160 ablau fen, während die Arbeitsschritte zur Steuerung der Trans porteinrichtung 110 sowie des Roboters 120 durch ein in der AblaufUmgebung 154 der zentralen Steuerungsbaugruppe 152 ab laufendes Steuerprogramm ausgeführt werden. Auf diese Weise kann die SPS 150 sehr effektiv zum Ablauf ei nes Verfahrens gemäß der vorliegenden Beschreibung eingerich tet werden, da rechenintensive Spezialaufgaben, wie die Be handlung der genannten ML-Modelle oder die Auswertung von Bildern, in das spezielle Funktionsmodul 160 ausgelagert sind, und alle anderen Verfahrensschritte im Zentralmodul 152 ablaufen können.

Claims

Patentansprüche
1.) Verfahren zum Ermitteln von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung (120, 122) zum Greifen eines Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310), umfassend die Schritte:
- Erfassen eines Bilds (132) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310),
- Bestimmung mindestens eines Gegenstandsparameters (202,
212, 222, 302, 312) für den erfassten Gegenstand (200, 210, 220, 300, 310),
- Ermittlung von Steuerungsdaten für eine Greifeinrichtung (120, 122) zum Greifen des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) an mindestens einem Greifpunkt (205, 215, 225, 305,
315); dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des mindestens einen Greifpunkts (205,
215, 225, 305, 315) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) unter Verwendung von Informationen bezüglich mindestens einer möglichen stabilen Lage des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) erfolgt, wobei die mögliche stabile Lage des Gegenstands derart ausge bildet und eingerichtet ist, dass alle diejenigen Lage-Daten des Gegenstands dieser möglichen stabilen Lage zugeordnet werden, die durch eine Verschiebung und/oder eine Rotation um eine Oberflächennormale einer Auflägefläche, auf welcher der Gegenstand liegt, ineinander überführbar sind, insbesondere, dass die Bestimmung des mindestens einen Gegen standsparameters (202, 212, 222, 302, 312) und/oder die Er mittlung der Steuerungsdaten für die Greifeinrichtung (120, 122) unter Verwendung von Informationen bezüglich mindestens einer möglichen stabilen Lage des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) erfolgt.
2.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Greifpunkt (205, 215, 225, 305, 315) weiterhin unter Verwendung der folgenden Schritte ermittelt wird:
- Auswahlen eines 3D-Modells (250, 350) für den Gegenstand (200, 210, 220, 300, 310) unter Verwendung des mindestens ei nen Gegenstandsparameters (202, 212, 222, 302, 312);
- Bestimmung mindestens eines Modell-Greifpunktes (255, 355) aus dem 3D-Modell (250, 350) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310);
- Bestimmung des mindestens einen Greifpunkts (205, 215, 225, 305, 315) des Gegenstands unter Verwendung des Modell-Greif punkts (255, 355).
3.) Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwendung von Informationen bezüglich mindestens einer möglichen stabilen Lage als die Verwendung eines ML- Modells (142, 162) ausgebildet und eingerichtet ist, wobei das ML-Modell (142, 162) vermittels der Anwendung eines ma schinellen Lernverfahrens auf ermittelte Informationen bezüg lich der mindestens einen möglichen Stabilen Lage trainiert und/oder eingerichtet wurde.
4.) Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des mindestens einen Greifpunkts (205, 215, 225, 305, 315) des Gegenstands unter Verwendung des Mo dell-Greifpunkts (255, 355)
- entweder unter Verwendung eines weiteren ML-Modells (142,
162) erfolgt, wobei das weitere ML-Modell (142, 162) vermit tels der Anwendung eines maschinellen Lernverfahrens auf Transformationsdaten bezüglich möglicher Transformationen einer vorgegebenen oder vorgebbaren Anfangsposition in mögli che Lagen des Gegenstands trainiert oder eingerichtet wurde,
- oder mit Hilfe der Anwendung eines Bildauswerte erfahrens auf das erfasste Bild (132) des Gegenstands erfolgt.
5.) Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparame ters (202, 212, 222, 302, 312) weiterhin die Ermittlung von Positionsdaten (202, 212, 222, 302, 312) des Gegenstands um fasst, insbesondere, dass weiterhin die Positionsdaten eine Informa tion bezüglich einer vom Gegenstand eingenommenen stabilen Lage umfasst.
6.) Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparame ters (202, 212, 222, 302, 312), die Ermittlung einer ID- Information, die Ermittlung von Positionsdaten (202, 212,
222, 302, 312), eine Bestimmung einer Lage des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310), die Bestimmung eines virtuellen Begrenzungsrahmens (202, 212, 222, 302, 312) um den Gegen stand (200, 210, 220, 300, 310) und/oder die Bestimmung einer vom Gegenstand (200, 210, 220, 300, 310) eingenommenen stabi len Lage unter Verwendung der Informationen bezüglich mindes tens einer möglichen stabilen Lage erfolgt.
7.) Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfassen des Bilds des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) weitere Gegenstände (200, 210, 220, 300, 310) er fasst werden und im Rahmen der Bestimmung des mindestens ei nes Gegenstandsparameters (202, 212, 222, 302, 312) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) weiterhin auch jeweils mindestens ein weiterer Gegenstandsparameter bezüglich jedem der weiteren Gegenstände (200, 210, 220, 300, 310) ermittelt wird; insbesondere, dass nachfolgend dem Ermitteln der Gegen standsparameter bezüglich des Gegenstands (200) sowie der weiteren Gegenstände (210, 220, 300, 310) eine Auswahl des Gegenstands (200) erfolgt.
8.) Verfahren zum Greifen eines Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310), dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der An sprüche 1 bis 7 mindestens ein Greifpunkt (205, 215, 225,
305, 315) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) ermittelt wird und dann nachfolgend ein Greifen des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) durch eine Greifeinrichtung (120, 122) erfolgt, wobei die Greifeinrichtung (120, 122) beim Greifen des Gegen stands an dem mindestens einen Greifpunkt (205, 215, 225,
305, 315) angreift.
9.) System (100) zum Greifen eines Gegenstands, umfassend eine optische Erfassungseinrichtung (130) zur Er fassung eines Bilds (132) des Gegenstands (200, 210, 220,
300, 310), eine Datenverarbeitungseinrichtung (140, 150, 190) zum Be stimmen mindestens eines Gegenstandsparameters (202, 212,
222, 302, 312) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) und/oder zum Ermitteln von Steuerungsdaten für eine Greifein- richtung zum Greifen des Gegenstands (200, 210, 220, 300,
310), dadurch gekennzeichnet, dass das System (100) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet und eingerichtet ist.
10.) System gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100) eine Greifeinrichtung (120, 122) um fasst und das System (100) weiterhin zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 8 ausgebildet und eingerichtet ist.
11.) System gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (140, 150, 190) als eine modulare Speicherprogrammierbare Steuerung (150) mit ei nem Zentralmodul (152) und einem weiteren Modul (160) ausge bildet und eingerichtet ist, oder eine solche Speicherpro grammierbare Steuerung (150) umfasst, und dass weiterhin die Bestimmung des mindestens einen Gegen standsparameters (202, 212, 222, 302, 312) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) unter Verwendung des weiteren Mo duls (160) erfolgt.
12.) System gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparame ters (202, 212, 222, 302, 312) des Gegenstands (200, 210,
220, 300, 310) unter Verwendung eines ML-Modells (162) er folgt und das weitere Modul (160) das ML-Modell (162) um fasst, und/oder, dass das Ermitteln der Steuerungsdaten für die Greifeinrich- tung (120, 122) unter Verwendung eines weiteren ML-Modells
(162) erfolgt und das weitere Modul das weitere ML-Modell (162) umfasst.
13.) System gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (140, 150, 190) ein Edge-Device (190) umfasst, oder als ein Edge-Device (190) ausgebildet und eingerichtet ist, und dass weiterhin die Bestimmung des mindestens einen Gegen standsparameters (202, 212, 222, 302, 312) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) unter Verwendung des Edge-Devices (190) erfolgt.
14.) System gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des mindestens einen Gegenstandsparame ters (202, 212, 222, 302, 312) des Gegenstands (200, 210, 220, 300, 310) unter Verwendung eines ML-Modell (142, 162) erfolgt und das Edge-Device das ML-Modell (142, 162) umfasst, und/oder, dass das Ermitteln der Steuerungsdaten für die Greifeinrich- tung (120, 122) unter Verwendung eines weiteren ML-Modells (142, 162) umfasst und das Edge-Device das weitere ML-Modell
(142, 162) umfasst.
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