用于機(jī)器人工作的預(yù)先篩查的制作方法
【專利說明】用于機(jī)器人工作的預(yù)先篩查
[0001](對相關(guān)申請的交叉引用)
[0002]本申請要求在2013年6月17日提交的發(fā)明名稱為“Pre-screening stat1n forrobotic work”的共同未決的美國臨時申請N0.61/956790的權(quán)益，在這里通過引用將其并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開一般涉及機(jī)器人裝置，更特別地，涉及用于幫助機(jī)器人裝置在其環(huán)境中識別物體的方案。
【背景技術(shù)】
[0004]常常希望通過使用機(jī)器人裝置使當(dāng)前由人執(zhí)行的許多動作自動化。例如，動作可能是重復(fù)的和/或危險(xiǎn)的，等等。但是，使用機(jī)器人裝置的成功的自動化要求機(jī)器人裝置理解機(jī)器人裝置被分派執(zhí)行動作的環(huán)境。
[0005]鐵道場地是希望將一般由人執(zhí)行的各種動作自動化的環(huán)境的解釋性的例子。例如，存在于鐵道場地中的個人為了分開兩個鐵道車輛將手動激活切桿(例如，耦合器釋放手柄)并且/或者手動激活制動桿(例如，空氣系統(tǒng)釋放桿)以將鐵道車輛的制動器放氣，等等。關(guān)于基本的能力，能夠在物理上沿鐵道場地中的軌道行進(jìn)并且施加所需要的力量的任何個人執(zhí)行這些相對直接的動作沒有問題。但是，人進(jìn)行這些設(shè)置是相當(dāng)昂貴的，花費(fèi)50美元/小時或更多。更重要的是，鐵道車輛可能在移動的環(huán)境中的這些操作是相當(dāng)危險(xiǎn)的。一次失誤就可導(dǎo)致擦傷乃至死亡的任何事。在執(zhí)行在大多數(shù)情況下無聊和重復(fù)的任務(wù)時，人還相對容易厭煩并且不能一直保持跟蹤可能出現(xiàn)的所有事件。
[0006]一種方法提出用于鐵道車輛的自動化的靜止銷釘拉動器，該銷釘拉動器識別目標(biāo)銷釘和相關(guān)的部件并且然后執(zhí)行銷釘拉動。但是，該討論沒有解決與真實(shí)世界應(yīng)用相關(guān)的各種問題，包括在多個混亂環(huán)境中識別目標(biāo)和/或以各種速度移動鐵道車輛等。例如，以比正常速率高的速率移動的鐵道車輛將不允許在銷釘和相關(guān)的硬件對系統(tǒng)變得可見與隨后的車移動到該空間中之間的短時間窗口內(nèi)成功地拉入銷釘。作為結(jié)果，可能導(dǎo)致銷釘拉動臂與隨后的車的碰撞，從而可能嚴(yán)重地?fù)p傷或破壞自動化的銷釘拉動器。并且，可拉動銷釘?shù)奈恢每苫诜珠_的鐵道車輛上的長度和負(fù)載改變，這會給實(shí)現(xiàn)固定位置銷釘拉動器帶來挑戰(zhàn)。
[0007]在美國專利申請公開N0.2010/0076631中示出和描述了可用于將鐵道動作自動化或半自動化的機(jī)器人裝置的解釋性的例子，在這里通過引用并入。如其中所述，機(jī)器人裝置可被配置為在鐵道場地中動作，并且，被分派與位于鐵道場地中的特定位置處的鐵道車輛的處理有關(guān)的各種動作。例如，機(jī)器人裝置可被配置為自發(fā)或半自發(fā)地動作以為了分開兩個鐵道車輛激活切桿和/或激活制動桿以將鐵道車輛的制動器放氣等。機(jī)器人裝置的成功的動作要求機(jī)器人裝置能夠識別各單個鐵道車輛、定位切桿和/或制動桿、并且根據(jù)需要激活切桿或制動桿，同時區(qū)分真實(shí)的目標(biāo)與多個錯誤目標(biāo)。另外，機(jī)器人裝置一般需要理解諸如作用于鐵道車輛上的力的場景的屬性。
[0008]沿軌道移動的機(jī)器人裝置特有地在嘗試識別小的目標(biāo)時受到挑戰(zhàn)。與擁有巨量的著眼于理解在其環(huán)境中所看到的進(jìn)化專用生物硬件和本能的人不同，即使最好的機(jī)器人裝置實(shí)際上也不“理解”它們的照相機(jī)“所看到的”。機(jī)器人裝置必須通過使用各種啟發(fā)和算法仔細(xì)分析場景并且確定是否存在給定的一組特性。不幸的是，對于許多潛在的目標(biāo)，可通過合理尺寸的計(jì)算平臺實(shí)時導(dǎo)出的簡單的目標(biāo)特性一環(huán)、直線等一可導(dǎo)致許多錯誤的肯定(positive)。
[0009]例如，嘗試定位在環(huán)中結(jié)束的制動桿的機(jī)器人裝置可在由照相機(jī)獲取的圖像數(shù)據(jù)中識別許多環(huán)，包括來自字體或陰影的那些，并且可在嘗試確定這些環(huán)中的哪個事實(shí)上是制動桿或者機(jī)器人裝置是否甚至處于用于定位制動桿的正確位置處時具有明顯的挑戰(zhàn)。由于移動的機(jī)器人裝置將在移動時改變其三維的視角、會顛簸或者進(jìn)入到場地的低洼處、或者可能在通過不平坦的地形時振動，這進(jìn)一步被夸大。作為結(jié)果，機(jī)器人裝置可能難以確定目標(biāo)的精確位置或方位。
[0010]機(jī)器人裝置可被配置為實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的方法以減少或消除環(huán)境分析的不確定性。但是，這些方法需要可觀的計(jì)算時間，這可使得在可動性本身將明顯的附加的困難引入到問題的移動平臺上實(shí)時實(shí)現(xiàn)變得不實(shí)際或不可能。
[0011]一些方法尋求通過使用到操作的機(jī)器人裝置具有一定的合理距離的靜止處理系統(tǒng)實(shí)時執(zhí)行主要的計(jì)算。這種方法不需要在機(jī)器人裝置上承載計(jì)算能力，但仍需要極大功率的系統(tǒng)實(shí)時執(zhí)行，并且對機(jī)器人裝置與車站系統(tǒng)之間的通信引入附加的帶寬的主要挑戰(zhàn)。例如，為了產(chǎn)生良好的結(jié)果，車站系統(tǒng)應(yīng)具有與機(jī)器人裝置相同的可用數(shù)據(jù)。在這種情況下，通過機(jī)器人裝置的視覺系統(tǒng)收集的所有數(shù)據(jù)必須被傳送到車站系統(tǒng)。為了在場條件下得到良好的分辨率和精度，必須使用合理的高分辨率照相機(jī)，并且，對于移動的車輛，幀率應(yīng)至少每秒三十幀并且可能更高。對于全色照相機(jī)，即使通過一些壓縮，這也意味著無線信道上的每秒幾十兆字節(jié)或者每秒幾百兆字節(jié)(Mbps)。諸如“WiFi”(802.11標(biāo)準(zhǔn))的常見無線方法在當(dāng)前的典型情況下很少可超過100Mbps。結(jié)果，在商業(yè)設(shè)置中使用這種方法是昂貴的并且在許多情況下是完全不現(xiàn)實(shí)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的多個方面提供用于預(yù)先篩查物體以供進(jìn)一步處理的方案。預(yù)先篩查部件可獲取物體的圖像數(shù)據(jù)并且處理圖像數(shù)據(jù)以識別在圖像數(shù)據(jù)中可見的與物體對應(yīng)的參照目標(biāo)。另外，預(yù)先篩查部件可通過使用參照目標(biāo)識別物體的一個或更多個部件的位置。預(yù)先篩查部件可提供預(yù)先篩查數(shù)據(jù)以用于進(jìn)一步處理物體，該預(yù)先篩查數(shù)據(jù)包含與一組參照目標(biāo)和至少一個部件的位置對應(yīng)的數(shù)據(jù)。參照目標(biāo)可例如是物體的容易識別的特征，并且，部件可與對物體執(zhí)行動作相關(guān)。
[0013]本發(fā)明的第一方面提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:被配置為在動作位置處以自發(fā)或半自發(fā)的方式對車輛執(zhí)行動作的機(jī)器人裝置；和預(yù)先篩查部件，該預(yù)先篩查部件包含:用于獲取在移動到動作位置之前經(jīng)過預(yù)先篩查位置的車輛的圖像數(shù)據(jù)的一組照相機(jī)；和用于通過執(zhí)行以下過程預(yù)先篩查車輛的計(jì)算機(jī)系統(tǒng):處理圖像數(shù)據(jù)以識別與在圖像數(shù)據(jù)中可見的車輛對應(yīng)的一組參照目標(biāo)；通過使用一組參照目標(biāo)識別與機(jī)器人裝置在車輛上執(zhí)行的動作相關(guān)的車輛的至少一個部件的位置；和提供由機(jī)器人裝置在執(zhí)行動作時使用的預(yù)先篩查數(shù)據(jù)，其中，預(yù)先篩查數(shù)據(jù)包含與一組參照目標(biāo)和至少一個部件的位置對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0014]本發(fā)明的第二方面提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:預(yù)先篩查部件，該預(yù)先篩查部件包含:用于獲取物體的圖像數(shù)據(jù)的一組照相機(jī)；和用于通過執(zhí)行以下過程預(yù)先篩查物體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng):處理圖像數(shù)據(jù)以識別與在圖像數(shù)據(jù)中可見的物體對應(yīng)的一組參照目標(biāo)；通過使用一組參照目標(biāo)識別物體的至少一個部件的位置；和提供進(jìn)一步處理物體時使用的預(yù)先篩查數(shù)據(jù)，其中，預(yù)先篩查數(shù)據(jù)包含與一組參照目標(biāo)和至少一個部件的位置對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明的第三方面提供一種鐵道場地，該鐵道場地包括:被配置為在動作位置處以自發(fā)或半自發(fā)的方式對鐵道車輛執(zhí)行動作的機(jī)器人裝置；和預(yù)先篩查部件，該預(yù)先篩查部件包含:用于獲取在移動到動作位置之前經(jīng)過預(yù)先篩查位置的各鐵道車輛的圖像數(shù)據(jù)的一組照相機(jī)；和用于通過執(zhí)行以下過程預(yù)先篩查鐵道車輛的計(jì)算機(jī)系統(tǒng):處理圖像數(shù)據(jù)以識別與在圖像數(shù)據(jù)中可見的鐵道車輛對應(yīng)的一組參照目標(biāo)，其中，一組參照目標(biāo)中的各參照目標(biāo)包含鐵道車輛的容易識別的特征；通過使用一組參照目標(biāo)識別與機(jī)器人裝置對鐵道車輛執(zhí)行的動作相關(guān)的鐵道車輛的至少一個部件的位置；和提供由機(jī)器人裝置在執(zhí)行動作時使用的預(yù)先篩查數(shù)據(jù)，其中，預(yù)先篩查數(shù)據(jù)包含與一組參照目標(biāo)和至少一個部件的位置對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0016]本發(fā)明的其它方面提供包括和/或?qū)崿F(xiàn)這里描述的作用中的一些或全部的方法、系統(tǒng)、程序產(chǎn)品以及使用和產(chǎn)生每一個的方法。本發(fā)明的解釋性的方面被設(shè)計(jì)以解決這里描述的問題中的一個或更多個和/或沒有討論的一個或更多個其它問題。
【附圖說明】
[0017]從結(jié)合示出本發(fā)明的各種方面的附圖給出的本發(fā)明的各種方面的以下詳細(xì)描述，將更容易地理解本公開的這些和其它特征。
[0018]圖1示出根據(jù)實(shí)施例的用于處理鐵道車輛的解釋性的環(huán)境。
[0019]圖2示出根據(jù)實(shí)施例的圖1所示的鐵道車輛的處理環(huán)境的解釋性的實(shí)現(xiàn)的框圖。
[0020]圖3示出根據(jù)實(shí)施例的預(yù)先篩查部件的解釋性的實(shí)現(xiàn)的頂視圖。
[0021]圖4示出根據(jù)實(shí)施例的可實(shí)現(xiàn)為預(yù)先篩查部件的一部分的解釋性的組件。
[0022]圖5示出根據(jù)實(shí)施例的可被分析以確定各單獨(dú)的位置的三個連接的鐵道車輛的模擬。
[0023]圖6A和圖6B示出根據(jù)實(shí)施例的鐵道車輛的解釋性的彈簧箱和用于在圖像數(shù)據(jù)中識別彈簧箱的原理。
[0024]圖7示出根據(jù)實(shí)施例的圖示圖像數(shù)據(jù)的區(qū)域的分塊的模擬圖像。
[0025]圖8示出根據(jù)實(shí)施例的圖示設(shè)備定義文件的產(chǎn)生的流程圖。
[0026]圖9示出根據(jù)實(shí)施例的設(shè)備定義文件的解釋性的結(jié)構(gòu)。
[0027]注意，附圖可能不按比例。附圖僅是要示出本發(fā)明的典型方面，并因此不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，類似的附圖標(biāo)記在附圖之間代表類似的要素。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如上所述，本發(fā)明的多個方面提供用于預(yù)先篩查物體以供進(jìn)一步處理的方案。預(yù)先篩查部件可獲取物體的圖像數(shù)據(jù)并且處理圖像數(shù)據(jù)以識別在圖像數(shù)據(jù)中可見的與物體對應(yīng)的參照目標(biāo)。另外，預(yù)先篩查部件可通過使用參照目標(biāo)識別物體的一個或更多個部件的位置。預(yù)先篩查部件可提供進(jìn)一步處理物體時使用的預(yù)先篩查數(shù)據(jù)，該預(yù)先篩查數(shù)據(jù)包含與一組參照目標(biāo)和至少一個部件的位置對應(yīng)的數(shù)據(jù)。參照目標(biāo)可例如是物體的容易識別的特征，并且，部件可與對物體執(zhí)行動作相關(guān)。這里，除非另外指明，否則，術(shù)語“組”意指一個或更多個(即，至少一個)，并且，短語“任何方案”意指任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的方案。
[0029]本發(fā)明的多個方面提供用于處理諸如穿過給定區(qū)域的車輛的各種物體的方案。處理可包括通過使用機(jī)器人裝置在物體上執(zhí)行一個或更多個動作。預(yù)先篩查部件可首先獲得關(guān)于物體的信息并且提供供機(jī)器人裝置使用的這種信息。在實(shí)施例中，信息包含為了執(zhí)行動作幫助機(jī)器人裝置在針對物體獲取的圖像數(shù)據(jù)中識別物體的一個或更多個相關(guān)部件的數(shù)據(jù)。方案還可從物體的先前處理和/或關(guān)于物體的工業(yè)數(shù)據(jù)庫等獲取物體的其它數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也可被提供以供預(yù)先篩查部件和/或機(jī)器人裝置使用。并且，方案可提供用于有效地存儲和/或傳送關(guān)于物體的信息、跟蹤物體隨時間的變化、檢測存在于物體中的異常和/或預(yù)測物體的將來?xiàng)l件等的方案。
[0030]結(jié)合示出的鐵道場地應(yīng)用示出和描述本發(fā)明的其它方面。特別地，鐵道場地包括被配置為獲取關(guān)于所有通過的鐵道車輛的數(shù)據(jù)、檢查數(shù)據(jù)并確定關(guān)于各穿過鐵道車輛的各種數(shù)據(jù)的預(yù)先篩查部件。預(yù)先篩查部件可提供用于進(jìn)一步處理鐵道場地中的鐵道車輛的數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)火車到達(dá)鐵道場地時，鐵道車輛分開并且分成組，這些組隨后被組裝成新的火車并且離開鐵道場地。為了允許這種動作，在鐵道車輛上執(zhí)行許多重復(fù)的任務(wù)。解釋性的動作是將鐵道車輛的制動器放氣。在該動作中，一般操作制動桿兩次以確保放氣完全成功，以導(dǎo)致釋放壓縮空氣。
[0031]為了通過使用機(jī)器人裝置執(zhí)行這種動作，裝置必須能夠定位一般是可以或者可以不在端部具有環(huán)的簡單的金屬桿的制動桿，并且，以足以