TW201027288A - Method of teaching robotic system - Google Patents

Description

201027288 uy28521twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術頜域】 本發明是有關於一種機器人系統，且特別是有關於一 種教導機器人系統的方法，使得機器人系統能根據預設的 物件模型作類推，進而來操作物件。 【先前技術】 ❹ 過去十年中，智慧型機器人系統迅速發展，甚至已有 商業化的產品問市。典型的包括有iRob〇t公司出品的

R〇〇mba智慧型自走吸塵器、SONY公司設計製造的AIBO 娛樂型機器寵物、Honda公司生產的ASIMO人形機器人 等等僅為其中幾例。這些機器人系統儘管實現了數十年先 進的研究，多半仍只被視為僅具娛樂性的，，玩具，，。其主因 在於即便疋一個非常簡單的協調性動作（對人類而言），例 如從水壺倒水至水杯，對於機器人系統的，，學習，，來說，都 是十分困難。 另方面估5十有上百萬的工業機器人（industrial Robot)’包括廠房型（Fact〇ry)或服務型機器 人’在世界各地運轉著，負責需要高速、精確、高可靠度 與持久性佳的任務，在汽車工業與電子產業中尤是如此。 不同於Roomba、AIB〇、與ASIM〇這些自主式 機11人’這私錢11人在料定義及控 g 、任務中（像是在傳動帶上的零件，需要逐一精確 的擺在特定位置上，而非凌亂的堆疊在棧板上），表現優於 201027288 W7(Jimiw 28521twf.doc/n 人類。這些物件和位置即使僅發生些微異動，往往動輒需 要耗費數天、甚至數錢來錄絲（Re pn>g_ming) 或修改這些工業機器人的動作。 因此，出現了視覺導m機器wsicm Guided Industrial R0b0t)以彌補上述缺乏彈性的缺憾。視覺導引 式工業機器人系統是-種機nm主要透過—個或多 個内建影像擷取及/或雷射裝置來感測所在 产 的物件。例如FA爾公司所製造的糾2〇二二： 以高速攝影系統控制機器人雙臂，進而能在傳動帶 (Transmission Belt)上每分鐘抓取多達丨2〇個任意擺置 零件這些視覺導引式工業機器人典型的工作情境如下所 述。將機器人被程序化以對一理想的影像擷取位置放置相 機、以及調整燈光照明，隨後軟體程式即對所操取的物件 影像進行影像處理，並指示機器人去適應零件的位置與方 位視覺V引式機器人確實比’’盲眼’’機器人較具彈性，將 物件從-位置移動到另-位置也許較易程式化，、然而即使 要適應操作物件簡易的改變，這些機器人仍需要冗長的 練與整合的準備時間。根據這些觀察可知，對於機器人5系 統成為主流最顯著的障礙似乎是其只能處理好某種工作二 例如撿起與放置。當要賦予機器人系統新類型的工作時， 光是教導即會花費太多時間，使得要讓機器人系統展^見，， 新把戲’’的成本過高。即便是工業機器人，對非固定軌跡 (Non-Fixed Tmjectory )的手臂動作教導亦是十足困難的。 201027288 uv/uusmW 28521twf.d〇c/n 為了使得教導機器人系統成為較簡易的任務，本發明 相信，類推（Analogy)的概念可能是關鍵。類推在人類 決問題時扮演著舉足輕重的角色，像是決策、感知、記憶、 創作、情感、解释與溝通。類推也是執行一些基本任務\ 如辨識地點、物件和人物的基礎，包括臉孔感知（_ Mce’ption)與人臉辨識（FacialRec〇gniti〇n)。類推曾被爭

論為”人類認知的核心”。若類推功能能以某種方法與機器 人系統結合，則比起傳統上”一切從頭，，的方法， ^ 人系統可以更為迅速。 ° 【發明内容】 本發明提供-種新穎的教導機器人系統之方法，利用 類推（Analogy)以對機器人系統的訓練達到顯著地省時省 。機ϋ人祕必須至少包含財賴作硬體與計 在本發明之-實施例中，包含下列主要步驟。首先， ^物件模型資料庫（Lib卿）與操作模組資料庫。對於 ^器人純所魏理之實體物件，至少有：物件模型以定 ^ 幾何上相似於實體物件的三維形狀’或是利 的物件模型，使得其所定義的形狀組合後可 开^成至>、在聽上她时難件。每— 幾何參數以描述此三維形狀。同時，對於在 至少一對應的操作模組，而每-操作模組有多個ί定的操 201027288 0970055TW 28521twf.doc/n 作參數，用以指定至少—操作之目標，以及和 目標物件上之操作相關的額外數筆資訊。 丁 接者’對於所要處理的每一實體物株 , 捣犏此各，上 可頁骽物件，—相對應的虛 擬物件會叙義。此虛㈣件定義包含雜物件 稱、物龍型的參照（Refe職e)或是定義在物型^ 料庫中的多個物件難之組合，以及根據實體物件對^ 個）物件模所指派的幾何參數數值。 接下來，對於所要處理的實體物件之各操作，提供操 作定義。操作定義包含㈣触資料料賴作模組之參 照，與根據虛擬物件所代表的實體物件與其要執行的操 作，指派操作模組的預定操作參數。 ’、 若所要教導的機盗人系統至少具有一影像操取裝置， 於是，可選擇性地，對所定義的各虛擬物件，提供事先拍 攝虛擬物件所代表的實體物件至少一張的二維影像，並且 與虛擬物件作關連。在此步驟之後，即完成機器人系統的 任務描述。任務描述同時也包含了相對應於所要處理的實 體物件之一個或多個的虛擬物件定義，以及相對應於與所 關連的虛擬物件之一個或多實體物件的影像。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例’並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 本發明實施例之描述僅為示例，非用以限定本發明之 目的或應用。以下將配合圖式詳細地說明本發明之較佳實 201027288 097Q055TW 2852itwf.doc/n 施例。熟習此技藝者可依照本發明之精神，對下述實施例 稍作修飾，惟其仍屬於本發明之範圍。 本發明並不限制機器人系統之任何規格或種類。此處 之機器人系統可為雙足型、滾輪型、甚或定點型；或者， 彳是具有雙臂之人顯||人純、或是具單臂峽房用定 (Factory Stationary Robot) 〇 使用方式亦不受限’其可為用以住宅清掃之自主式居家型 ❿ 機器人（Autonom〇us Domestic Robot )、或是用於電子零件 取放（PiCk-And-Place)用途之產業機器人（Industriai Robot)。 圖la為根據本發明實施例所繪示之機器人系統1示意 圖。機器人系統1，猶如任何傳統的機器人，具有適當的 物件操作硬體以處理實體物件（Real〇bjec〇。如圖所示機 益人系統1具有機體1〇與至少一隻機臂12，以及許多（未 ^示出）可驅動機體1〇與機臂12之馬達（M〇t〇r)與致動 器（Actuator)。操作硬體之細節，對本技術領域具有通常 知識者而s，應屬十分簡易。如同任何傳統的機器人，機 恣人系統1亦具有處理器、控制器、記憶體、貯存器度等 等（未繪示出）之適當的計算硬體2〇,用來控制操作硬體。 根據本發明實施例，機器人系統丨需被教導去執行操 作一個或一個以上之實體物件，且機器人系統丨必須具備 某種光學感知（optical perception)機制用以，，觀看，，實體物 件。光學感知機制可包括，但並不限於，像是能夠拍攝二 維影像的電荷耦合元件相機（Charge coupled Device 201027288 〇y/UU551W 28521twf.doc/n

Camera，CCD Camera)之影像擷取袭置（Image 一加邮 Device)，以及能鍵得實難件三料觀資料的三維雷射 掃猫器（3D Laser Scanner)。換句話說，機器人系統】至 少具有-個影豫擁取裝置或一個三維雷射掃猫器，或二者 皆具備。為簡化起見，以下假設機器人系統工至少且備了 電件相機的影像擷取裝置3〇。二影像 3裝置30可置入機器人系統1的機體1〇中，例如可置 ί ί ΐ機Ϊ人的頭部或是服務型機器人(—说) 的手#中。衫像擷取裝置3〇亦可置於機 卜透過有線或無線的通訊機制與機器人系 歸上零件輸送的服務型機方== 器人系統1的，，老師，，)會根據軟體::40:tor，，機 式化此特別任務，並且對機界人絲 ' 斤獒供的環境程 地執行此任務。也就是說，此操作者H人糸統1可成功 ，導機器人如的。值得系統Μ 在計算硬體20上運作，於是敕 軟體系統40可同 述即可直接由計算硬體2〇來處理^ /所輪出的任務描 軟體系統40亦可由另-個來= 201027288

Uy/UUSilW 28521twf.doc/n 時軟體系統40所產生的任務描述則需透過有線或 _載人，硬體2G’讓機器人系統i能據此來絲^務。 教導機β人系統1的第一步是定義機器人系統ι所要 處理的實體物件。舉例來說·，:如圖2a所示，要教導機 系統1處理第一實體物件_ (即-枝筆）以及第二實體 =1〇()(即個筆筒）。此物件定義步驟需要事先預備一 個物件模财糾觸。域lb^，物件 ❹ 是軟體系、统4。的一部分且包括至少一二庫： ^nitive Shape)的物件模型1Q1。物件湘如可儲存在 槽案、貧料庫或類似的軟體構件中。，，基本原型，，此 常用料腦_或電腦輔助設計（c〇mputer AidedDe_ (nlDM〇delmg) f ° 嶋體科基本之所以被 2 =狀:乃因為其為許多其他形狀或形體之建構 λ r寸而δ，其實报難對此詞彙下精準的定義。鈇 =3直=卜形上具備了-些相同的特徵 :們m直邊’（2)它們通f只有的簡單弧形，益反 它們通常無法再分解成其他的基本原型。根 明的主要構想即是運用類推 d c_山ty)來教導機器人系统。因此， 的”基礎(Base)，，。物件模切誉偏備传以類推 即為所述之，，基礎”貝枓庫綱中的物件模型101 提供物件模型資料庫1〇〇的理由是基於以下假設：現 只活中，多數物件可近似於這些基本原型的其中之一或 9 201027288 0970055TW 28521twf.doc/n 是由兩個或更多的基本原型以簡單的二元(Binary)關係(加 法或減法等等)所構成的組合。舉例來說，如圖处所示， 對於實體物件6GG(即筆)而言，物件模型資料庫⑽包含了 一個圓柱體102的物件模型1〇1以及另一個檲錐體1〇3的 ，件模型10卜於是實體物件600可近似於圓錐體1〇3簡 單相加於圓柱體1〇2的尾端。請注意圓柱體1〇2與角錐體 103此兩個基本原型並沒有實體物件_ 的橫切面)。最重要的是’基本原型幾 件或·因崎於機②人系統1所要處理的實體物 件或貝體物件-部分，可提供一個近似的參考。 、除此之外’物件模型資料庫100也可包含一個或一個 乂上非原型、甚至元全相等於或大致相似於 體物件的物件模型而。舉例來說，如圖2c所示= 件700 (即筆筒），物件模型資料庫1〇〇包含—個管型 件模型101並且在幾何上等同於實體物件7〇〇。、 :管型並非原型，而是可表為一個圓柱體原型減::一： 型。據此’物件模型資料庫100即可 此了包括像疋可樂瓶、扳手等等具複雜幾何形狀、6入矣 現所要處理的實體物件的物件模型。 儿王衣 每-個原型或複雜形狀的物件模型⑼包含— 參數。二個物件模型101的幾何參數可能不同。比 柱體102的物件模型1〇1可以下列向量形式表示· β圓 CYLINDER ={l,d} 201027288 09700551W 28521twf.doc/n 圓錐體103的物件模 ;而筒形的物件模型 其中各為圓柱體的長度與直徑； 型101可表示成下列： CONE = {d, h} 其中4/z為圓錐體的底部直徑與高度 101可表示如下： POT = {/, d, w}

其中/，4與W各為筒形的長度、餘賴壁厚度β 請注意的是，物件模型資料庫100可以只包含 型的物件模型1G卜或是，物件模型資料庫_亦ΐ同時 包括基本原型與複雜/-般形狀。請同時注意的是，當 模型貝料賴立狀後，在有t要時，額外的物件模型⑺1 仍可在稍後增加到物件模型資料庫中。 誠如務早所提’物件料庫提供了類推的“美 礎為了達到這個作用’物件絲之步驟允許操 ς 每-件要處理的實體物件去定義―虛擬物件（vi_ 0bject)。對於每—個蚊義的虛擬物件，有此—虛擬 的獨特名稱，而此名稱會與物件模型#料庫刚中 模型101或是二個或多個物件模型1G1 ^合作 (assoda—)。以圖2a為例’兩個虛擬物件可用虛擬碼 (Pseudo Code )定義如下·· 崎

Virtual Object A: CONE + CYLINDER; B: POT; 圓柱體’ POT〜筒形）; (註：CONE —圓錐體，CYLINDER ~

II 201027288 〇y /UU!)M W 28521twf.doc/n 其中，虛擬物件A被指明具有圓錐體加到圓柱體一端（以 近似為筆狀600)二者結合後的所有幾何參數；並且將筒 形所有的幾何參數指派給虛擬物件B，使得其能近似於筆 筒 700。”二 '‘ '、 、 ». ·» 請注意的是，即便上述舉例是用程式語言來陳述，缺 而相同蚊義過程可以是而事實上也較傾向是在一個如 AutoCAD®的電腦輔助設計系統（CAD System)此種有點 f操作的賴_境中來完成。對熟悉本領域之技術者而 言，在繪圖環境下以選取與結合基本原型來定義虛擬物 ❹ 件，就好比在AutoCAD、創造三維模型，是很容易理解 的。除了獨特名稱與物件模型的關連之外，軟體系統4〇 亦允許操作者根據其所相對應的實體物件去設定幾何參數 的數值。可再次使用虛擬碼表示如下：

Virtual Object A: C0NE(^=2cm, /z=2cm) + CYLINDER(/=8cm, ^=2cm); ’ B: POT(/=5cm, fiN3cm, w=0.5cm); 參 同樣的，若在一個繪圖環境中，此步驟可用拉扯盥 小基本原型，及/或手動輸入參數值來完成。，、' 總括而言，對於所要處理的每一實體物件，物件定義 步驟牽涉到，從物件模型資料庫選擇—個形狀❹個雜 之組合來定義一個虛擬物件，並且對此形狀或多個形狀之 、、且口給予獨特名稱之命名，以及根據此實體物件指派這些 开〆狀之戎何參數值。換句話說，上述例子，在物件定義的 12 201027288 uy/uu^rw 28521twf.doc/n 操作者定義了近似實體物件_與观（即 後進

作以系統1的第二步驟是去定義一個或多個操 :一=機斋人糸統該做什麼。舉例來說，根據上述例子 (即t 導機$人系統1撿起第—實體物件_ ^1，將第—實體物#_放入第二實體物件700 (即 til ’並且使得第一實體物件_的筆尖朝上。此操 需要一個事先預備的、包含多個操作模組2〇1 組貢料庫200，其為如圖lb所示的軟體系統40 如物件模型資料庫⑽的使用，_器人系 、·死1疋義别述的操作，操作者首先選擇其中一個操作模 Γ 從操作模組資料庫2GG中選擇了將—事物放入 另一事物中之rPUT_INSIDE」操作模組。 每一操作模組2(H均是設計者（例如程式工程師 =的軟體結構。從操作者的觀點，每—操作模組則亦 /、有刼作模組201設計者所預定的多個操作參數。於是再 次使用虛擬媽，此「PUT_INSIDE」操作模組可以如下表示·· PUT-INSIDE(targetl，target2, 〇p3, 〇P4, op5，） ，中 targeU、target2、〇P3、〇P4、op5 等等均為「PUWnside 操作模組之操作參數。這些操作參數的意義如下： 」 13 201027288 uv /UUDD i w 28521twf.doc/n -targetl為機器人系統丨所要撿起的一虛擬物件之參照 (Reference)； 昭 -target2為targetl所要放入的另一虛擬物件之參只 -op3為將targetl撿起時要握住何處之參照； _ 〇P4為targetl之哪一尾端先置入也化技2時之參，昭；以 及 、 _叩5為從target2之哪一邊放入如§如之參照； 另有其他相關的操作參數，例如： 魯 _的軸在哪以及相對於此軸要以何角度放入 targetl ； ，'之重量（使得機器人系統"寻知需多 targetl ); 干 ~ -吨etl倾本权強度（使得㈣人纽 力以抓住targetl)。 宁$扃夕用 由上:知，這些操作參數提供了多筆資 能夠實現此「PUT-INSIDE」摔作。s 俄时人糸統1 m可有不同組的操作參數」細作因此’不同的操作模組 〇 義::之中，當操作者從操作模組資料庫 20!中所有的操作參數。這可如;派操作模組 說，在操作者選擇了操作模組後，環境。舉例來 「-_E」之操作參數，來詢=二”基， 操作參數： 輝作者去指派母一個 14 201027288 28521twf.doc/i, 者&派虛擬物件A為吨⑷（可直接輸入A名稱 ^綠_境中直接點選虛擬物件A來指派）； 者ί派虛擬物件B為target2(可直接輸入b名稱或 。'、曰圖環境中直接點選虛擬物件B來指派）； 者‘派虛擬物件A圓柱體艇體（請參照圖2d)中 域為。P3 (即握住targetl的部分)，此可在 1圖裱境中經幾個點擊操作來執行； ❹ 尾端的陰影區域為。P4 (即 心幾個轉操作&聊2)，此可在繪圖環境 11^虛=件B頂部的陰影區域為叩5 (即從 對卦“ argetl之角度。 易；=ίί者而言，其餘執行之細節編^ 所要：::摔驟”，對於機器人系統1 至少-操作模組201呆:模組資料庫_選擇 其事先所預定的操作參數'，軟體=所=的操作模組加 派這些操作參數 統4〇即詢求操作者去指 的目標〇et，，步及—個或多個所要摔作 (get，即虛擬物件）與其他有關於此 15 201027288 0970055TW 28521^^0^ 多筆資訊。根據上述’操作參數的指派可以 在像疋電腦輔助設計系統中的繪圖環境來達成。 值純意的是，操作模組201有許多不同的實施方 ί 1 ’取決於操作模組201是如何實施的，機器人系， 統1如何以依據操作模組201之定義與其操作參數來 參 此一操作亦有許多不同的方法。在一個實施例中’每—操 3,201係為-軟體程序(Routine)或函數(Functi〇n; (:二操作模組資料庫實為一程式資料庫)，而操作參數 p為輸出觀程序或函數的變數。當機ϋ人純1得到一 ❹ ΐίί個操作模組201以及隨著操作定義步驟所指派的摔 =數時’機ϋ人魏！的計算硬體胸卩會執行包括^ 序=數的程式碼。在另—實施例中，上述之程序或函數 係匕括商階、與硬體無關指令（Hardware Independent Insmiction) ’而這些指令必須先經能配合操作硬體與機器 人系、’，的冲算硬體2〇的編譯器來編譯成可執行的程式碼。 ★操作模'组201之轉譯或編譯，並非本發明實施例之討 論重點，同時已有一些文獻提出類似之主題探討。舉例來 說，由M_y，IV等人所提出的三篇美國專利（U,S. Patent

Nos· 6’889，118, 7,076,336, and 7,302,312)即在機器人控制 軟體與機器人操縱硬體之間提供了一硬體抽象層 (Hardware Abstracti〇n Uyer，Hal )，使得底層的硬體對^ 機器人控制軟體而言能透明化。此項優勢能讓機器人控制 軟體以「機11人無關模式」（Robot-Independent Manner) 來撰寫。因此，可以想像操作模組2〇1的細節即可以在上 16 201027288 uy./，M.W 28521twf.doc/n 述的機器人無關模式中程式化。又另 2==所有操作參數的指卿一： 1 *組201並不具有任何高階指封丄㈣！ ^ \或低階可執行程式碼“.Level Exe論ble 守則是由機器人系統1決定如何依據操作模組 =些實施例中’決策如何執行的人工智慧 =lg_)是喊於操作模组本身之中，而本實施例 =疋工智慧完全内建於機器人系、統1中。由此亦可想 實施例是把部分智慧内炭於操作模组測， σΡ刀S慧内建在機器人系統1中。 實施操作模組，操作模組與其操作參數、以 機ί人系“義與其幾何參數’都該提供充分的資訊以讓 t = f 具智能地實行各操作。請比較圖2e與 m’當虛缝件a離纽物❹相當遠時， 應該能夠規劃出一條適當軌跡，因機器人系 ίΙΐΓ 件之間有足夠的距離得以讓它直 A。另一方面’如圖2f所示’當虛擬物件 一旁時，機器人系統1應該能夠規劃出 門1、二纟跡’因機11人系統1能判斷虛擬物件A與B之 Ϊ的距離’於是它必須先把虛擬物件A移離虛擬 统1能夠作有智慧的判斷以及策劃軌跡 ί蓉蓉件MB的幾何參數（例如它們的長度與高 #) ^、了所需的資訊。同樣的，操作參數亦提供相 17 201027288 0970055TW 28521twf.d〇c/n 關資訊使得機器人系統i知道從哪 如何將虛擬物件A插入虛擬物❹。請注 以及規劃軌跡並非本發明之主題， 智慧型機器人與人工智慧的獅可參考秘已有心像疋 作Sit系統1在實體物件上進行被教導的操 === 將實體物件與定義過的虛擬物件作 魯 ^人糸缔°ι "/百’機器人系統1看到一個實體物件時，機 n统丄必須要能，，辨識，，實體物件為所定義的虛擬物件 Ϊ ί一二倘若所操作的實體物件已有明顯的形狀差 不㊉要#其顏色、材f或其餘特徵來區別時，則盘虛 擬物件關連的原型與複雜形狀與其幾何參數 = 機ϊ人系'1透過機器人系m所配備的諸如三維 “或相機等光學感知機制來_龍物件。像是經由三 維雷射_器’機器人系統！即能獲得實體物件的三师 =。於是此三維轉即可與趣物件所連結的形狀與幾何 >數作比較來看哪-個虛擬物件最能夠代表該實體物件。 、即便機ϋ人⑽！只有械，上料觸仍可能達 成。當機器人系統1透過影像擷取裝置3〇看到實體物件 時康它可先利用已拍攝的—張或多張實體物件的影像來建 造實體物件的三維模型，然後再和虛擬物件所關連的形狀 與幾何參數作比較。在電腦_、影像處理等等的領域中， 已經有許多有關從—維或二維影像來建構三維模型的揭 示。舉例來說DaVidGLowe在論文（“τ“ensi〇nai object recognition from single two-dimensional images ^ 18 201027288 0970055TW 28521twf.doc/n

Artificial Intelligence，31，3 (March 1987)，PP. 355—395)中 即教示了電腦視覺系統可由未知觀察點（Viewp〇int)的單 一灰階影像（Single Gray-Scale Image)來辨識三維物件。 然而，為了更進一步地強化辨識率、以及區別具有大 致類似形狀的實體物件，本發明額外提供了一個影像關連 (Image Association)步驟。在這步驟中’對於所處理的每 一實體物件，至少要提供一張實體物件之二維影像3〇1， φ 此影像拍攝的角度（PersPective)不用完全等同於機器人 系統1的影像擷取裝置30所拍攝的角度，然後將此 與對應於該實體物件的虛擬物件作關連。這些影像3〇1通 常是事先拍好並儲存在如圖lb所示的影像資料庫3〇〇中 (其為軟體系統40的一部分）。換句話說，對於每一所要 處^的貝體物件（因此’也是對每一個所定義的虛擬物件 而言）在影像資料庫300至少會有—張實體物件的影像 301。根據上述舉例’影像關連步驟可用虛擬碼如下表示： Image Association : ❹ Image 1:A;

Image2: B. 其中，如圖2g所示，Imagel是與虛擬物件A相對應 體物件600之二維影像；❼Image2 1與虛擬物件b 應的實體物件7GG之二維影像。在另—個實施财 =事實是與物件定義步驟相結合，並且可以虛擬碼

Virtual Object 19 201027288 uy/uu〇3i w 28521twf.doc/n A: CONE + CYLINDER = Image 1; B: POT = Image2; 如上所述，在操作期間，機器人系統丨會不斷試著去” 辨識”實體物件。如果沒有影像關連步驟，機器人系統，丨 就只能倚賴與虛擬物件關連的原型或複雜形狀以及其幾何 參數。而有影像關連步驟時，即可進一步地用一些影像擷 取裝置30所拍攝的影像’和事先拍攝的實體物件的影像以 一影像處理機制相比對。假使有一虛擬物件所關連的（一 張或多張）影像與實體物件所拍攝的影像最相似時，即可 ❿ 該實體物件的就會被”辨識，，為該虛擬物件。

上述影像處理機制並非本發明之標的，而且已經有許 多使用一維影像來識別三維物件的揭示。舉如Daniel P

Huttenl〇cher 等作者在論文（"Recognizing Three-Dimensional objects by Comparing Two-Dimensional

Images/ cvpr, pp.878, 1996 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR’96)，1996)巾’即教示了 一種辨識物件的演算法， =需將所儲存的物件二維影像與一個未知角度的影像作比 較，不需要事先知道二者觀察點之間的關係。 物件模型資料庫100、操作模組資料庫2〇〇以及影 資料庫300通常都會在操作者利用軟體系統4〇產生任務描 述（請參考圖2g)以教導機器人系統【做什麼之前，即被 事先安裝在軟體系統4G 而物件模型資料庫爾與 作模組資料庫200兩者均内建有一些物件模型ι〇ι 列如 20 參 鲁 201027288 uy /υυ33 i'W 28521 twf.doc/n Ϊ^ 300 ㈣或影像關連步驟4=:=後=定義 …系統1的影像擷取裝置30 月，思除了機器人 像擷取裝置來拍攝取得。"像301也可'以由分離的影 機器人系統=二關對具有光學感知機制的 少-實趙物件進得==知如何對至 據任務描述執行任務並非本 、“際上如何根 =有报多種。例如針對實體物件的辨識執== 率。即訊來達到更高的辨識 節，已多有Γ糸統執行任務描述的詳細細 圖以3確，I人系絲成功的完成任務:^的摔作刖 程圖。如圖所示務:===的方法流 :體tr模組資料庫細。對於機器人系統1所 U〜體物件的二維形狀，或是利用 模型101’使得其所定義的形狀可形成至少在 似於實體物件的組合。每―物件模型m包含至卜個^ 21 201027288 uy/OWMvv 28521twf.doc/n =組ΐ:庫i:每二，^ 犀00亦包含至少有一操作模組201。而每 操作相關的額外多^^派此操作中有關虛擬物件與此 件，步驟51G中’對於每—所要處理的實體物 的箱裤^擬物件的定義。此虛擬物件定義包含虛擬物件 φ 模型資料】ι:件模型101的參照（Reference)或是物件 及相墟所包含的乡個物件觀之組合的參照、以 ^艮^體物件對物件模型所指派的幾何參數值。在此步 =:L1P:以用大致幾何相似於實體物件的虛擬物件， 有效地代表母一個所要處理的實體物件。 —接了來’在步驟52〇之後，對於所要處理的實體物件 ’提供_之定義。操作定義包含操作模組資 的柄作模組201之參照，與指派操作模組201 =預j作參數。在此一步驟之後，機器人系統1所執行 ❿ 即會有—被描述在操作模組201與其指派的 操作參數中。 最後’在步驟530中，對於在步驟510裡所定義的各 虛擬物件’提供事先減的、虛擬物件所絲的實體物件 的至少-張二維影像’並且與虛擬物件侧連。在此步驟 之後’即完成機器人系、統i之—任務描述。如圖2 g所示， 任務描述同時包含了減應於所魏理的實餘件之—個 或多個的虛擬物件定義、相對應於所要進行的處理之一個 22 201027288 uy/uuDDi'W 28521twf.doc/n 或多個的操作定義、以及與虛擬物件相關連之實 一個或多個影像。 卞心 圖3b是本發明另一實施例之主要步驟流程圖。复 只知例非常類，似，除、了⑴在—開始的步驟⑽G中了 先在影像資料庫300中提供二維影像3〇1 ;與（2 =步驟810之中’同時處理影像3〇1與虛擬 :二操作定義步驟820則是與前一實施例的步驟ίο ^本發明已以實施例揭露如上’财並非用以限定 3日之ί二所中具有通常知識者，在不脫離 月之保複乾圍當視後附之中請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 瘳 =^是根據本發明所教導之機器人系統之示意圖。 系絲意圖是根據本發明、驗教導麵人线之一軟體 件之:r '統所欲處理之二實體物 資料齡件岭發_件模型 之組合來模擬之示意圖。 資料示之第二實體物件由本發明物件模型 只T十犀之複雜形狀來模擬之示意圖。 圖Μ是本發明操作定義提供的額外資訊之示意圖。 23 201027288 uy/W33iw 28521twf.doc/n 3 /、圖疋機器人系統依據虛擬物件之幾何灸 數、以及操作模組之操作參數所規劃之軌跡之示意圖/ 圖2g是本發明所產生之任務描述之示意圖。 方法是根縣發明—實關教導圖的機11人系統的‘ 圖3b是根據本發明另一實施例教導圖 的方法流糊。 端人糸統 【主要元件符號說明】 1 :機器人系統 ίο:機體 12 :機臂 20 :計算硬體 30 :影像操取裳置 4〇 :軟體系統 100 :物件模型資料庫 101 :物件模型 102 :圓柱體原型 1〇3 :圓錐體原型 200 .操作模組資料庫 201 ·操作模紅 300 :影像資料庫 3〇1 :影像 500〜530 :本發明一實施例之教導機器人系統之 方法 ❹ 24 201027288 uy/uu^3iW 28521twf.doc/n 的各步驟 600、700 :實體物件 800-820 :本發明另一實施例之教導機器人系統之方 • …法的各步驟 … A、B :虛擬物件

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Claims (1)

1. 201027288 uy/U(J5MW 28521twf.doc/n 七、申請專利範面·· 少一實體物機=个系統，在至 驟： ，、.方法，至少包含下列步 描述-三維形狀之-型模：:庫;少包含 至:包含該，狀== 標、:及:該操作有關之複以 體二義其 及該物件模型資料庫之—物件模型；該物件模型所 ❹ =件目標係以對應該實體物件之該虛 資訊係根該=;r參數之該猶 知機销狀枝，-該光學感 26 201027288 uy/uuiiiW 28521twf.doc/n 3. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其 知機制係一影像擷取裝置。 予感 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法’進—步包含下 列步驟： t、 提供至少一二維影像，且該二維影像係對該機器人 統所要處理之該實體物件所預先所拍攝；以及 ’、 將該二維影像與代表該實體物件之該虛擬物件作關 連。 旬 ❹ 5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該二維影 像係於該虛擬物件被定義時與該虛擬物件作關連。〜 6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該二維影 像係由該機器人系統之該影像擷取裝置所拍攝。 7·如申請專利範圍第3項所述之方法，進—步包八 列步驟： 3卜 /提供包含至少一二維影像之一影像資料庫，該二維影 像係對該機器人系統所要處理之該實體物件所預先所^ ❹ 攝；以及 將該二維影像與代表該實體物件之該虛擬物件作關 連。 8. 如中請專利範圍第7項所述之方法，其中該二維影 像係於該虛擬物件被定義時與該虚擬物件作關連。 / 9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該二維影 像係由5亥機器人系統之該影像擷取裝置所拍攝。 27 201027288 uy/υυ^Μ w 28521twf.doc/n 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法係 於一繪圖環境中進行。 11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該繪圖 環境係為該機器人系統所執行。 12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該三維形 狀係一基本原型。 13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含下 列步驟： 為該機器人系統所操作之一實體物件去定義一虛擬物 件，其中該虛擬物件之定義關連於一獨特名稱、以及該物 件模型資料庫之至少二物件模型；該些物件模型所描述之 該些三維形狀於結合後幾何上相似於該實體物件；以及該 些物件模型之該些幾何參數係根據該實體物件指派。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該些物 件模型之該些三維形狀至少其中之一係一基本原型。 28