TWI341779B - Sytstem and method for graphically arranging robot's working space - Google Patents

Description

P53960066TW 25681twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種圖形式機器人工作空間配置系統 與方法，尤其是利用使用者對環境的認知之圖形式機器人 工作空間配置系統與方法。 【先前技術】 近年來隨著感測器與控制理論的進展，智慧機器人系 統逐漸從工薇自動化相關領域進入到各種服務型的應用場 合’開闢了機器人自主服務的新領域。以往服務型機器人 的研究和開發主要是在學術研究機構中進行，而如今已越 來越受到產業界的重視。 目前機器人所提供的服務主要為保全、導覽，以及家 務協助，而在進行這些服務工作時，機器人必須了解所處 環境的狀態，例如整體空間大小、障礙物位置與大小、脾 壁邊界、Ηπ，以及充電站等。針對上述環境中特徵的^ 測與辨識已有許多研究成果，但通常僅能對某些特徵或物 件有比較好的辨識效果，若要環境中各式物件或區域^处 有效地認知，對機器人來說仍然存在許多技術瓶頸] 全球各研究單位已陸續發表各種智慧化演算法，強調 人能更聰明地了解環境，但在實際應用時的辨識率=窃 祠服的要求方面依舊不敷使用。例如，在、jP時 W00184260A2中，其揭示機器人遠端操控介面是經別案 器人本體上之單一攝影機回傳影像至遠端人機介面】由， 1341779 P53960066TW 25681twf.doc/n 端操控人員可根據該回傳影像與其他感測資訊進行機哭人 操控。由於攝影機架設於機器人本體上會造成視野狹_ _ f指’因此在整體環境監㈣方面有嚴重的不足，對 於遠端監控或是視覺伺服有感測資訊過少之問題；另外對 •於空間中各區域與物件的位置與大小，並無法有效地辨 識，使得機器人以及遠端操控人員對於機器人所處之工作 環境不易掌握，將影響到機器人工作之安全性與效率。 在另一美國專利案US2007174777A1中，其提出了一 種由直覺式(intuitive)的電腦圖形使用者介面所顯示的虛 擬環Ϊ，改善了以往視窗圖型使用者介面中圖示雜亂、目 單階層過多的缺點。其主要特色是改用三維的辦公室 場景晝面做為使用者介面的配置基礎，例如點選辦公桌上 的電話圖示即可操作實際的電話系統、點選辦公桌上的紙 張圖示即可開啟文件，或是點選印表機圖示即可使用印表 。但該三維的辦公室場景圖片並非機器人實際的工作 %景’故無法應用在機器人之工作空間配置上。換言之， • 該使用者無法利用自身對環境的熟悉度及需要來更改前述 三維的辦公室場景畫面中物件的功能屬性。 土甚而，現今室内空間設計與配置已逐漸多樣化，若要 依罪機器人本身去認識環境，則所達成效能並不理想。因 此如何讓使用者能直接絜機器人確認所處環境中的各區 域^重要物件以提供更有效率的服務，對於機器人製造業 而言是一重要課題。 6 P53960066TW 25681 twf.doc/n 【發明内容】 /本發明主目的是提供一種圖形式機器人工作空間配置 系統與方法’使用者可經由遠端監控電腦上之_使 介面(GUI)直接指定機器人工作空間中的區域屬性與物件 類型，例如指定某塊區域為牆壁、標定充電站的位置，或 是直接指定機H人在某區域進行特定讀。藉由本發明可 充分利用使用者或遠端監控對環境的認知協助機器人 更安全且更有效率地提供服務。 本發明另-目的是提供一種圖形式機器人工作空間配 置系統’其包含影像掏取H，工作配置健器以及機器人， 且此二者^•具有通訊單元與記憶單元。影像娜器摘取環 境空間之f彡像後傳駐工倾置舰$，則在該工作配置 祠服器中之圖形㈣者介面包括機器人工作場景區塊，空 間屬性配置區塊及機器人任務區I該空關性配置區^ 可允許使用者定義該機器人1作場景區塊中各區域(或稱 物件)的屬性’且工伽置·器將賴域之錄記錄在本 身之記憶單元内；該機II人任務輯可允許㈣者指定上 述區域欲執行的特定工作且接著該工作配置錬器將控制 命令傳輸至域器人，使其在上賴域執行雜定工作。 ▲為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文轉較佳實關’她合所關心作詳細說 明如下。 、n 【實施方式】 P53960066TW 25681twf.doc/n 首先，本文中之，，機器人’，是定義為可執行 務之移動平台。因此，該平台不論是以輪子驅動方^ 稱自走車)或腳步移動方式，财稱機器人。本發明 了較佳實施例如圖一所示，此圖形式機器人工作空間配置 系統包含-影像摘取器i，一工作配置伺服器2，以及一 移動機II人3，且此三者皆具有通訊單元與記憶單元。該 ，像擷取器1 ’比如攝影機，可操取環境空間4之影像後 藉由通訊單元傳輸至該工作配置舰裝置2並顯示由圖 形使用者介面所產生的晝面中。接著請參考圖2，該工作 配置词服裝置2之圖形使用者介面包括機器人工作場景 ^塊21(。此即為環境空間4的影像），空間屬性配置區塊 及機為人任務區塊23。其中，該空間屬性配置區塊。 更^括屬性如”牆”22a，“障”22b，“門”瓜及，，充電，，22d。該 機，器人任務區塊23包括任務，，吸，，23a，“巡，，23b，“錄，，2^ ί二6^231該空間屬性配置區塊22可允許使用者定義 =娜，如”障，，，，，充電，，等。且該空= <’、、機s人疋義其工作空間邊界或機器 服f2除了將這些_性記錄在本 性，外31通知該機器人認識環境區域的肩 23配二，言此f!早何處為充電站。該機器人任務區塊 供使用域屬性而有”吸” ’”巡”等對應之任務，以 ==機器人工作場景區塊21之各項物件的機 裔人所欲執订之任務。例如，使用者在圖2所示之圖形使 1341779 P53960066TW 25681 twf doc/n = 任務區塊23，並使用滑鼠拖 ;=!Τ藉由通訊單元傳輸至機器 本發明之圖形式機器人Γ作;及’，的任務。 示’其步驟至少包含：由影像摘 =法如圖3所 像後傳輸至工作配置刪2並顯;在==4影 用者介面中的機器人工作場景區塊圖形使 之後’如步驟S搬所示，使二驟咖所示。 塊21 t框選出特 機益人工作場景區 用者介面之空所示’將圖形使 方塊包括鳥牆壁、障礙物、屬性 二作區域之:質:錄在3 使用者將圖形使用者介 如步驟S3G5所示， 工作場魏_巾㈣器人 置r2將機 中之工作。化在該另—特定區域⑽行任務區塊23 器2、一_ = "；3 4練Μ、-工作配置伺服 外皆具有，裝置5，其情投影裝置5 ”隐早兀^投影裝置5可投影網格圖 P53960066TW 2568ltwf.doc/i 案5a至環境空間4中， 知。如圖2—樣，影像擷取；| 5&之投影尺寸為已 藉由通訊單元傳輸至工作配。/衣境空間4之影像後 圖形使用者介面中機器人工顯服器 τ 免空間4中的各個區域的位置斑大 二使用者框選出某區域範圍之後 ^ 方塊’例如牆壁、障礙物、門口: 區域之性質城在;^選後’工作配置伺服器2便會將該 之記憶單元内。同時，由於網格圖 使用者介面中顯-° ’故工作配置伺服器2可藉由圖形 :用者”面甲顯不之網格圖案5 =網出=:之尺寸與該圖案在畫面中：= 工作大小，並將結果儲存於 形使用者介面另外，使用者亦可在圖 ===方式將，，吸，，23a拖至圖形使用者介面中的 機益人工作區塊21之”地面區域”。 控制命令藉由通訊單元傳輪至機器人二 務，、地面區域，，之實際工作空間執行，，吸，，的任 置飼服器2可根據之前所儲存之空間尺寸或 &域大小貧料調整控制命令。 法如=====器人工作空間配置方 并旦，、包含下步驟：如步驟s501所示， 投衫裝置5技影網格圖案5a於環境空間4中。接著，如步 P53960066TW 25681twf.doc/n 驟S502所示’ x作配置伺服器2並顯示在該舰器之圖 形使用者介面中的機器人工作場景區塊。之後，如步驟 S503所不，使用者先在機器人工作場景區塊21令框選出 特定區域，再如步驟S5〇4所示，將圖形使用者介面之空 間屬性方塊22拖放至該特定區域。之後如步驟S505所 示’工作配，词服器2將該區域之性質與尺寸大小記錄在 本身之$憶單元内。接著’如步驟S506所示，使用者在 圖形使用者介面中將任務區塊拖放至機器人卫作場景區境 21 的另一特定區域。之後，如步驟S5〇7所示，一旦拖 放完畢後’ 1作配置伺服器2將控制命令傳輸至機器人3 上’使其開始在該另一特定區域内進行任務區塊2 3中之工· 作指，如步驟S508所示。 本發明之第二較佳實施例如圖七所示，此圖形式機器 人工作空間配置系統包含多個影像擷取器， =?間4之不同位置，-工作配置舰器2^$ 無^3 ’且三者皆具有通訊單元與記憶單元。多個影像 取環較間4之影像錢錢訊單元傳輪至工作 义個撼^ 2並顯示在如圖6所示之圖形使用者介面中的 二 恣人工作場景區塊61a-61f。該多個機器人工作場景 =61a_6lf的顯示方式可為單—畫面但可採手動或是 勺括切齡畫面。在圖6所示，圖形使用者介面更 匕括工間屬性區塊62及機器人任務區塊63。其中，該空 4間屬性區塊62更包括屬性定義如，，牆，，62a，“障，,62b 門62c及”充電”62d。該機器人任務區塊幻包括任務定 U4I//y P53960066TW2568ltwf.d〇c/, 義”吸”63a，“巡”63b，“錄，’63c及”咖也伽。 玫利用框選的方式直接定義機11人工作場景區 出竿域f η的^物件軌置與A,<1、，❹者可在框選 = ’接著於圖形使用者介面中點選該空間 後’工作配置錬器2便會將舰域之性質記錄 f本身之記憶單元内。另外’制 3=任務區塊63,並使用滑鼠拖放二 6】a6lU二使用者介面中的機器人工作場景區塊 至機哭人 f件。例如，可將任務區塊中，，吸，，63a拖放 後，L 區塊61a_61f的”地面區域”，拖放完畢 介面中依闕序與工作m編麵示於®形使用者 表便使用者了解工作排程與調整。同 機器人^fr服$2會將控制命令藉由通訊單元傳輸至 00 ，使，、開始在指定區域内進行指定工作。 2明第三實施例之圖形式機器人讀空間配置方法 個产"其步驟至少包含：由多個影像齡器擷取多 词月ΐ ϋ4影像後傳輸至工作配置飼服器2並顯示在該 6U:f 者介面巾的多個機器人功場景區塊 巧 性如步驟S703所示，將圖形使用者介面之空間屬 將該區域域。然後，讀配置他器2 成之f生貝δ己錄在本身之記憶單元内，如步驟讀 12 1341779 P53960066TW25681twf.d〇c/n 所不。再如步驟S’所示’使用者將卿使用者介面中 ^任務區塊63拖放至機器人工作場景區塊61中的另_特 定區域。之後，如步驟讓騎，將各任務依照順序與 工作空間編號顯示於圖形使用者介面中之列表64。接著， ^步驟S707，S708户斤示，一旦拖放完畢後，工作配置飼服 盗2將控制命令傳輸至機器人上，使其開始在該另—特定 區域内進行任務區塊63中之工作。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限J本發明’任何熟習此技藝者’在不脫離本發明之精神 =範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1為根據本發明第一實施例之圖形式機器人工空 間配置系統。

圖2為根據本發明第一實施例之工作配置伺服器之 形使用者介面。 圖 圖3為根據本發明第一實施例之圖形式機器人工 間配置方法流程圖。 二 圖4為根據本發明第二實施例之圖形式機器人工 間配置系統。 二 圖5為根據本發明第二實施例之圖形式機器人工 間配置方法流程圖。 工 圖6為根據本發明第三實施例之圖形式機器人工作空 13 1341779 P53960066TW 25681 twf.doc/n 間配置系統。 圖7為根據本發明第三實施例之圖形式機器人工作空 間配置方法流程圖 【主要元件符號說明】 1:影像擷取器 2:工作配置伺服器 3:機器人 4:環境空間 5:投影機 21，61a-61f:機器人工作場景區塊 22, 62:空間屬性區塊 22a,22b，22c,22d:屬性 23a，23b,23c,23d:任務 23, 63:任務區塊 62a,62b,62c,62d:屬性 63a，63b,63c,63d:任務 14

Claims (1)

1341779 P53960066TW 25681 fwf doc/π 十、申謗專利範®·· i. -種圖形賴H人工作空耻置之 操取器，—工作配置词服器以及—機^/、03一影像 取器，該工作配置飼服器 人’且該影像操 記憶單m配置咖有通訊單元與 面’且該㈣使用者介面更 =_使用者介 塊、-空間屬性區塊及—任務區=機11人工作場景區 其中，該影像擷取器擷取環境空 將該環境空；影:區塊 =機器人工作場景區塊中該區域的間= =轉換為-對應之控制命令傳輸至該機器人 上述區域執行該特定任務。 災〃在 huh裝置’此投影裝置可投影網格 ，格=案經由該影像操取器操取、傳輸至卫作配置词服 盗’並顯不於該裝置之圖形使用者介面中，該 伺服器藉由圖形使用者介面中顯示之網格圖案做為袁斤 距離的計算依據，即從網格圖案之尺寸與該圖案在 中所佔之晝素數目估算出實際的空間尺寸或物件大=面 15 P53960066TW 25681 twf.doc/i 並將結果儲存於該工作配置伺服器之記憶單元中。 3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該影像擷取器 可為多個，其裝設於不同環境空間中以擷取環境空間之 影像後傳輸至該工作配置伺服器並顯示在其圖形使用者 介面中之多個機器人工作場景區塊。 4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中使用者可自行 定義圖形使用者介面中之空間屬性區塊與任務區塊之種 類與數量。 5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中使用者可於圖 形使用者介面中設定之空間屬性區塊可為機器人之工作 空間邊界。 6. 如申請專利範圍第丨項所述之系統，其中使用者可於圖 形使用者介面中設定之空間屬性區塊可為機器人之移動 路徑。 7·如申請專利範圍第3項所述之系統，其中圖形使用者介 面中之多個機器人工作場景區塊畫面可為不同大小之蚩 面。 ！ 8·如申明專利範圍第3項所述之系統，其中圖形使用者介 面中之多個機器人工作場景區塊之顯示方式可為單—畫 面’但可採手動或是自動的方式切換各畫面。 9. -種圖形式機器人工作空間配置之方法，其步驟至 含以下步驟： 匕 藉由一影像擷取器擷取環境空間之影像並傳輪至一工 作西置词服器並顯示在其圖形使用者介面中的機器人工 P53960066TW25681twf.doc/, 作場景區塊； 先在5亥機益人工作場景區塊中框選出至少一特定區域， 再以該圖較財介面之㈣屬性區塊定義該特定區域 之屬性’其中該卫作配置恤ϋ將該區域之屬性記錄在 本身之記憶單元内； 以該圖形錢者介面中之任務區塊，定義—配合該屬性 之特定任務； 、.工該工作配置伺服g將該特定任務轉換為—對應之控制 °P 傳輸至該機器人，使其開始在該特定區域内進行該 任務。 如申專利乾圍第9項所述之方法，其中該環境空間 中另架設一投影裴置，此投影裝置可投影網格圖案，該 網格圖案亦可經由該影像擷取器擷取、傳輸至該工作配 置伺服器，並顯示於該工作配置伺服器之圖形使用者介 面中，其中該工作配置伺服器藉由圖形使用者介面中顯 示之網格圖案做為遠近距離的計算依據，即從網格圖案 之尺寸與該圖案在畫面中所佔之畫素數目估算出實際的 二間尺寸或物件大小，並將結果儲存於工作配置伺服器 之記憶單元中。 11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中影像擷取器 可為多個，其裝設於不同環境空間中以顧取環境空間之 衫像後傳輸至該工作配置伺服並顯示在其圖形使用者 介面中之多個機器人工作場景區塊。 12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中圖形使用者 1341779 P53960066TW 25681 twf.doc/n ::::=性區塊與任務區塊之種類與數量可由 13八9項所述之方法，其_圖形使用者 ^面中之工間屬性區塊可設定為機器人之工作空間邊 Η.如申請專利範圍帛9項所述之方法，其中圖形使用者 介面中空間屬性區塊可設定為機器人之移動路徑。 15.如申請專利朗第n項所述之方法，其使用者 介面中之多個機器人工作場景區塊為不同大小之晝面。 16·如申請專利範圍第u項所述之方法，其中圖形―使用者 介面中之多個機器人工作場景區塊的顯示方式可為單一 畫面’但可採手動或是自動的方式切換各晝面。 17. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該圖形使用 者介面之空間屬性區塊定義該特定區域之屬性之方法是 將該特定區域拖放至該圖形使用者介面之空間屬性區塊。 18. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該圖形使用 者介面中之任務區塊定義該特定區域之任務之方法是將 該特定區域拖放至該圖形使用者介面之任務區塊。