机器人系统
阅读：581发布：2023-02-06
专利汇可以提供机器人系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 机器人 系统，在假设了拍摄单元产生了故障的情况的 基础 上，能够确保安全性。该机器人系统(1)具有监视机器人(51)的 照相机 (21)，该机器人系统具备：当前 位置 模型制作单元(111)，其根据机器人的当前位置数据和机器人的机器人模型数据来制作机器人的当前位置模型；仿真图像制作单元(112)，其根据照相机的设 定位 置数据、机器人的设定位置数据以及当前位置模型来制作从照相机的方向看到的机器人的仿真图像；检测单元(113)，其将仿真图像与从照相机取得的监视图像进行比较，并检测监视图像内的机器人；以及安全确保单元(114)，其在检测单元(113)没有在监视图像内检测出机器人时，确保机器人系统(1)的安全。，下面是机器人系统专利的具体信息内容。
1.一种机器人系统，其具有监视机器人的照相机，其特征在于，
该机器人系统具备：
当前位置模型制作单元，其根据上述机器人的当前位置数据和上述机器人的机器人模型数据来制作上述机器人的当前位置模型；
仿真图像制作单元，其根据上述照相机的设定位置数据、上述机器人的设定位置数据、上述当前位置模型来制作从上述照相机的方向看到的上述机器人的仿真图像；
检测单元，其将上述仿真图像与从上述照相机取得的监视图像进行比较，并检测上述监视图像内的上述机器人；以及
安全确保单元，其在上述检测单元没有在上述监视图像内检测出上述机器人的情况下，确保上述机器人系统的安全。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
上述检测单元具备：检测区域取得单元，其取得在上述监视图像内检测出上述机器人的检测区域；以及侵入检测单元，其监视从上述监视图像去除上述检测区域的范围，并检测上述机器人以外的人或物的侵入，
上述侵入检测单元在检测出人或物的侵入时，上述安全确保单元确保上述机器人系统的安全。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
该机器人系统还具备：
输入单元，其在通过上述照相机取得的上述监视图像中，输入应检测出上述机器人的检测预想区域；以及
存储单元，其存储通过上述输入单元输入的检测预想区域，
上述安全确保单元比较实际检测出上述机器人的区域和上述检测预想区域，当两者的区域中有超过预定量的差异时，确保上述机器人系统的安全。
机器人系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种机器人系统。
背景技术
[0002] 目前已知一种当机器人进入到机器人和作业者能够同时进入的协作动作区域时，如果作业者进入协作动作区域，则使机器人的动作速度降低到比作业者进入协作动作区域之前更低等的安全功能。
[0004] 例如，专利文献1公开以下技术，为了避免作业区域内的作业者与机器人之间的冲撞，从到通过拍摄单元制作的拍摄对象位置为止的距离信息去除静止物模型信息和机器人模型信息，制作从拍摄对象去除了静止物和机器人后的剩余对象与拍摄单元之间的距离信息即剩余模型信息，根据剩余模型信息和机器人模型信息来计算剩余对象与机器人之间的距离，根据该距离来降低机器人的动作速度。
[0005] 专利文献1：日本特许第5523386号公报
发明内容
[0006] 但是，在专利文献1的技术中，没有假设拍摄单元产生了故障的情况。在专利文献1的技术中，当拍摄单元产生了故障时，有可能有不能够正确地计算上述剩余对象与机器人之间的距离的情况、不能够监视机器人的周边区域的情况以及将机器人的动作错误检测为人的侵入的情况。
[0007] 另外，为了不将机器人的动作错误检测为人的侵入，需要花费功夫将多台照相机设置在机器人周围以使不照到机器人，但是监视区域的调整等需要时间，或者导致系统的成本提高，并且机器人的周围会出现死角。
[0008] 另外，在专利文献1的技术中，在检测出作为拍摄单元的照相机发生了故障时，能够使用多个照相机进行比较，但是使用多个照相机的情况自身会造成成本提高。并且，由于某种原因，在作为拍摄单元的照相机的位置或姿势偏离的情况下也不能够监视机器人周围的区域。
[0009] 另外，作为现有技术，有使用激光传感器监视机器人的周围区域的方法，但是在该方法中，确认监视哪种程度的区域比较复杂。
[0010] 本发明的目的在于提供一种机器人系统，在假设拍摄单元产生了故障的情况的基础上，也能够以比较低的成本简便地确保安全性。
[0011] (1)本发明的机器人系统(例如后述的机器人系统1)，具有监视机器人(例如后述的机器人51)的照相机(例如后述的照相机21)，该机器人系统具备：当前位置模型制作单元(例如后述的当前位置模型制作部111)，其根据上述机器人的当前位置数据和上述机器人的机器人模型数据来制作上述机器人的当前位置模型；仿真图像制作单元(例如后述的仿真图像制作部112)，其根据上述照相机的设定位置数据、上述机器人的设定位置数据以及上述当前位置模型来制作从上述照相机的方向看到的上述机器人的仿真图像；检测单元(例如后述的检测部113)，其将上述仿真图像与从上述照相机取得的监视图像进行比较，并检测上述监视图像内的上述机器人；以及安全确保单元(例如后述的安全确保部114)，其在上述检测单元没有在上述监视图像内检测出上述机器人时，确保上述机器人系统的安全。
[0012] (2)在(1)记载的机器人系统(例如后述的机器人系统1)中，上述检测单元(例如后述的检测部113)具备：检测区域取得单元(例如后述的检测区域取得部113A)，其取得在上述监视图像内检测出上述机器人的检测区域；以及侵入检测单元(例如后述的侵入检测部113B)，其监视从上述监视图像去除上述检测区域的范围，并检测人或物的侵入，上述侵入检测单元在检测出人或物的侵入时，上述安全确保单元(例如后述的安全确保部114)确保上述机器人系统的安全。
[0013] (3)在(1)或(2)记载的机器人系统(例如后述的机器人系统1)中还具备：输入单元(例如后述的输入部31)，其在通过上述照相机(例如后述的照相机21)取得的上述监视图像中，输入应该检测出上述机器人的检测预想区域；以及存储单元(例如后述的存储部41)，其存储通过上述输入单元输入的检测预想区域，上述安全确保单元(例如后述的安全确保部114)比较实际检测出上述机器人的区域和上述检测预想区域，当两者的区域中有超过预定量的差异时，可以确保上述机器人系统的安全。
[0015] 图1是说明本发明的概要的图。
[0016] 图2A是本发明实施方式涉及的机器人系统的功能框图。
[0017] 图2B是本发明实施方式涉及的机器人系统的功能框图。
[0018] 图3是表示本发明实施方式的机器人系统的动作的流程图。
[0019] 附图标记的说明
[0020] 1：机器人系统、11：控制部、21：照相机、31：输入部、41：存储部、111：当前位置模型制作部、112：仿真图像制作部、113：检测部、113A：检测区域取得部、113B：侵入检测部、114：安全确保部。
具体实施方式
[0021] 以下，参照图1～图3来详细说明本发明的实施方式。
[0022] <1、发明的概要>
[0023] 图1是本发明的概要的说明图。本发明的机器人系统1作为其一部分的结构要素具备图1所示的照相机21、当前位置模型制作部111、仿真图像制作部112、检测部113以及安全确保部114。
[0024] 在步骤A中，将照相机21固定在地面而设置，使机器人51进入监视区域。其结果为得到图1的右上方所示的作为区域监视图像的照相机图像。另外，在图1的例子中，操作员52存在于机器人51的附近，在照相机图像中包括机器人51和操作员52双方，但是这只是为了方便说明所示的一例，不限于此，可以不存在操作员52。
[0025] 在步骤B中，当前位置模型制作部111取得机器人51的当前位置数据和机器人51的三维模型数据即机器人模型，并根据这些数据来制作机器人51的当前位置模型。另外，这里的“当前位置数据”是表示构成机器人51的各个机械要素在当前时间点相互处于哪种位置关系的数据。另外，“当前位置模型”是机器人51的三维模型，同时也是反映了机器人51在当前时间点的姿势的三维模型的数据。
[0026] 在步骤C中，仿真图像制作部112取得上述的当前位置模型、照相机21的设置位置数据以及机器人51的设置位置数据。并且，仿真图像制作部112使用这些数据制作仿真图像，制作仿真图像为假设在从照相机21的方向看到当前的机器人51时应该得到的图像数据。
[0027] 在步骤D中，检测部113对照仿真图像和照相机图像，在照相机图像内，检测通过仿真图像表示的机器人51的图像。
[0028] 在检测部113不能够检测出机器人51的图像时，在步骤E中，安全确保部114判断为产生照相机21自身的故障、照相机21的线缆断开、照相机21的位置偏离于正常时等故障，并确保机器人系统1的安全。具体而言，安全确保部114使机器人51的动作停止，或者使机器人51的各部的移动速度降低。
[0029] 另外，除了检测部113不能够检测出机器人51的图像的情况外，如图1所示，在照相机图像内包括机器人51以外的人或物的情况以及照相机图像内的机器人51的图像区域从事先设定的检测预想区域偏离预定量以上的情况下，安全确保部114也可以确保机器人系统1的安全。
[0030] 即，本发明的机器人系统1将通过照相机21拍摄到的机器人51的照相机图像和根据机器人51的当前位置模型、照相机21的设置位置数据以及机器人51的设置位置数据等生成的仿真图像进行比较。如果仿真图像中表示的机器人51的图像未包含于照相机图像中，则安全确保部114确保机器人系统1的安全。并且，机器人系统1能够无视机器人51的动作，只检测机器人51以外的人或物进入了机器人51周围的指定区域的情况。
[0031] 另外，图1中机器人51可以是1台也可以是多台。另外，照相机21可以是1台也可以是多台。
[0032] <2、发明的结构>
[0033] 图2A以及图2B是本发明的机器人系统1的功能框图。一部分重复，但是通过参照图2A以及图2B来说明机器人系统1的结构。
[0034] 机器人系统1具备控制部11、照相机21、输入部31以及存储部41，控制部11具备当前位置模型制作部111、仿真图像制作部112、检测部113以及安全确保部114。
[0035] 控制部11例如可以具有CPU、ROM、RAM、CMOS存储器等，这些经由总线可构成为相互通信，对本领域技术人员来说是公知的。
[0036] CPU是整体控制机器人系统1的处理器。该CPU构成为，经由总线读出存储在ROM中的系统程序以及应用程序，并按照该系统程序以及应用程序来控制机器人系统1整体，由此如图2A所示，控制部11构成为能够实现当前位置模型制作部111、仿真图像制作部112、检测部113以及安全确保部114的功能。RAM中存储临时的计算数据和显示数据等各种数据。CMOS存储器构成为由未图示的电池进行备份且即使机器人系统1的电源被切断也保持存储状态的非易失性存储器。
[0037] 当前位置模型制作部111取得机器人51的当前位置数据和机器人51的三维模型的数据即机器人模型，根据这些数据来制作机器人51的当前位置模型。在当前位置模型的制作中，可以使用公知的技术。例如，取得机器人51各轴的当前位置，将该各轴的当前位置的数据适用于机器人模型，从而能够制作机器人51的当前位置模型。
[0038] 仿真图像制作部112取得照相机21的设定位置数据、机器人51的设定位置数据以及当前位置模型制作部111所制作机器人51的当前位置模型，并且使用这些数据来制作从照相机21的方向看到的当前机器人51的仿真图像。关于仿真图像的制作可以使用公知的技术。例如，在设定了坐标系的虚拟空间内配置照相机21和机器人51，使用配置有照相机21以及机器人51的坐标的坐标值、照相机21的姿势、画角等的数据和反映了机器人51在当前时间点的位置/姿势的当前位置模型，能够制作仿真图像。
[0039] 检测部113将仿真图像制作部112所制作的仿真图像与作为从照相机21取得的监视图像的照相机图像进行比较，检测照相机图像内的机器人51。该检测可以使用图形匹配等技术。
[0040] 安全确保部114在检测部113没有在照相机图像内检测出机器人51时，使机器人51的动作停止或使机器人51各部的移动速度降低，从而确保机器人51的机器人系统1的安全。
[0041] 照相机21监视机器人51及其周边区域。另外，照相机21可以是1台，也可以是多台。
[0042] 输入部31是用户用于在从照相机21取得作为监视图像的照相机图像中输入应该检测出机器人51的检测预想区域的装置，能够通过键盘和触摸面板等来实现。
[0043] 存储部41存储通过输入部31输入的检测预想区域。
[0044] 另外，安全确保部114将检测部113在监视图像内检测出的机器人51的区域与存储部41所存储的检测预想区域进行比较，当在两者的区域中存在超过预定量的差异时，可以确保机器人系统1的安全。例如，当两者区域的轮廓间的距离平均值存在预定量以上时，安全确保部114可以确保机器人系统1的安全。或者，当两者区域中相互不重叠的部分的面积存在预定量以上时，安全确保部114可以确保机器人系统1的安全。
[0045] 如图2B所示，检测部113具备检测区域取得部113A和侵入检测部113B。检测区域取得部113A取得在监视图像内检测出机器人51的检测区域。侵入检测部113B根据监视图像监视去除了由检测区域取得部113A取得的检测区域之外的范围，检测机器人51以外的人或物的侵入。
[0046] 另外，在侵入检测部113B检测出在监视图像内侵入机器人51以外的人或物时，安全确保部114可以确保机器人系统1的安全。
[0047] <3、发明的动作>
[0048] 图3是表示本发明的机器人系统1的动作的流程图。
[0049] 在步骤S1中，用户在机器人51的周边区域设置照相机21，以使机器人51被充分收容在监视图像内。
[0050] 在步骤S2中，当前位置模型制作部111取得机器人51的当前位置数据和机器人51的三维模型的数据即机器人模型，根据这些数据制作机器人51的当前位置模型。并且，当前位置模型制作部111将制作出的当前位置模型发送给仿真图像制作部112。
[0051] 在步骤S3中，仿真图像制作部112取得当前位置模型、照相机21的设置位置数据和机器人51的设置位置数据，并使用这些数据来制作仿真图像，该仿真图像为在假设从照相机21的方向看到机器人51时的应该得到的图像数据。并且，仿真图像制作部112将制作出的仿真图像发送到检测部113。
[0052] 在步骤S4中，检测部113对照仿真图像和照相机图像，试行检测照相机图像内的通过仿真图像表示的机器人51的图像。
[0053] 在步骤S5中，当检测部113检测出机器人51时(S5：是)，处理转到步骤S6。当检测部113没有检测出机器人51时(S5：否)，处理转到步骤S8。
[0054] 在步骤S6中，当检测部113在照相机图像内的机器人51以外的范围中检测出机器人51以外的人或物时(S6：是)，处理转到步骤S8。当检测部113在没有检测出机器人51以外的人或物时(S6：否)，处理转到步骤S7。
[0055] 在步骤S7中，当在事先由用户输入的检测预想区域和检测部113在照相机图像内实际检测出机器人51的区域内有预定量以上的偏离时(S7：是)，处理转到步骤S8。当在检测预想区域和检测部113在照相机图像内实际检测出机器人51的区域内没有预定量以上的偏离时(S7：是)，处理返回步骤S2。
[0056] 在步骤S8中，安全确保部114确保机器人系统1的安全。具体而言，安全确保部114使机器人51的动作停止或者使机器人51各部的移动速度降低。
[0057] 如上所述，机器人系统1将从照相机21取得的作为监视图像的照相机图像与根据机器人51的当前位置模型等制作的仿真图像进行比较。并且，机器人系统1判断是否在照相机图像中检测出机器人51的图像、在照相机图像中是否检测出机器人51以外的人或物、在照相机图像中检测出的机器人51的图像区域和事先的预想区域之间是否有预定量以上的偏离，根据判定结果确保机器人系统1的安全。
[0058] 这样，在假设照相机21产生了故障的情况的基础上，能够确保机器人系统1的安全。
[0059] 另外，上述成为重复，但是作为现有技术有使用激光传感器监视机器人的周边区域的方法，但是在该方法中，确认监视哪种程度的区域比较复杂。根据本发明的方法，该点通过照相机21监视哪个范围是一目了然的，监视区域的确认被简单化。
[0060] 另外，在本发明中，即使在监视机器人51的周边区域的照相机21只有1台的情况下，也能够检测照相机21的故障。
[0061] <4、变形例>
[0063] 另外，上述机器人系统1中包括的各装置能够分别通过硬件、软件或它们的组合来实现。另外，通过上述机器人系统1中包括的各装置进行的安全确保方法也能够通过硬件、软件或它们的组合来实现。这里，通过软件实现是指通过计算机读入程序并执行来实现。
[0064] 能够使用各种类型的非临时的计算机可读介质(non-transitory computer readable medium)来存储程序，并提供给计算机。非临时的计算机可读介质包括有各种类型的具有实体的记录介质(tangible storage medium，有形的存储介质)。非临时的计算机可读介质的例子包括磁记录介质(例如软盘、磁带、硬盘驱动器)、光磁记录介质(例如光磁盘)、CD-ROM(Read Only Memory，只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如掩模ROM、PROM(programmable ROM，可编程ROM)、EPROM(Erasable PROM，可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(random access memory，随即存取存储器))。另外，也可以通过各种类型的临时的计算机可读介质(transitory computer readable medium)对计算机提供程序。临时的计算机可读介质的例子包括电信号、光信号以及电磁波。临时的计算机可读介质经由电线以及光纤等有线通信电路或无线通信电路，将程序提供给计算机。
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