(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１対象体の空間位置を求める装置であって、
該装置は、画像を検出する温度センサと、該センサに結合された処理ユニットを含んでおり、
該処理ユニットにより、前記センサの相応の信号から、センサによって検出される少なくとも１つの温度マークに基づいて、第１対象体の空間位置を求める形式の、第１対象体の空間位置を求める装置において、
該装置には手段が含まれており、
該手段は第２対象体に作用して第２対象体を液体によって湿らせ、これによって当該第２対象体の温度が周囲温度と異なるようにして当該第２対象体が温度マークとして検出されるようにしたことを特徴とする
第１対象体の空間位置を求める装置。
【請求項２】
前記の画像を検出する温度センサは、焦電薄膜フィルムを有するセンサである、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第２対象体に作用する前記手段は、第１対象体である、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
画像を検出する前記センサは、第１対象体に取り付けられている
請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１対象体はロボットである、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
画像を検出する温度センサと、該温度センサに結合された処理ユニットとによって第１対象体の空間位置を求める方法であって、
前記センサによって、周囲の温度画像を検出し、かつ相応の信号を前記処理ユニットに出力し、前記処理ユニットによって、信号を受け取り、かつ前記画像を少なくとも１つの温度マークについて評価し、かつ該マークに依存して第１対象体の空間位置を決定する形式の第１対象体の空間位置を求める方法において、
前記の第２対象体を液体によって湿らせて当該第２対象体の温度が周囲温度と異なるようにして当該第２対象体が温度マークとして検出されるようにすることを特徴とする
第１対象体の空間位置を求める方法。
【請求項７】
前記処理ユニットは、センサの信号から、温度マークに対する第１対象体の相対位置を求める
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記処理ユニットは、センサの信号から、第１対象体の絶対位置を求める
請求項６または７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、対象体の空間位置を求めることに関する。
【０００２】
工場での自律形ロボットシステムの使用は増加している。このような展開の出発点は、製造におけるロボットシステムの使用であった。ここではこのロボットシステムは固定して使用されて、反復されるが、変わることのない、固定して設定された動作経過が実行される。ここでは精度に対する要求が中心的である。このロボットシステムの欠点は、その位置が固定されており、柔軟性が乏しいことである。
【０００３】
[２]から移動形ロボットシステムが公知であり、このロボットシステムはもはや固定ではなく、自立的に移動することが可能である。ここではこの移動のナビゲーションは、ロボットの環境に専用に準備することによって行われる。
【０００４】
このロボットシステムの例は、操縦者のいない搬送システムであり、これは材料搬送に使用される。このシステムのほとんどは軌道でガイドされる。すなわちこのシステムは固定して設けられたレールに導かれる。このコンセプトは実践において評価されたが、極めて柔軟性に乏しいという欠点を有する[５]。この原因は、このロボットシステムのナビゲーション制御が永続的に設けられるガイドレールによって行われることにある[２]。このガイドレールは、搬送ロボットの運転を開始する前に電気的な導体の形態で走行区間に沿って固定的に床に収容される。区間ガイドを変更する際には、線路のコストのかかる新たな敷設が必要である。旧い導体を床から除去し、床のフロアリング材料を修復し、新たな区間ガイドを決め、導体をこの新たな区間に沿って床に入れなければならない。このことは大きな時間的ロスと高いコストを意味する。
【０００５】
[３]から自律形移動式ロボットシステムが公知であり、このシステムは、完全に自立的に方向を決定し、ナビゲーションを行い、かつ自律的にあらかじめ与えられた役割を、動的に変わる環境において実行することの可能である。その際に環境を準備するための大きなコストは不要である。
【０００６】
このために種々の形態の位置決定およびナビゲーションシステムが開発された[３]。このようなシステムのほとんどは、画像を検出するセンサに基づいて動作する。ここではロボットにこのロボットの周囲を検知するセンサが装着される。通例のプログラム可能な計算機を使用して、センサデータが評価され、地図と同じように、周囲の配置図に組み立てられる。
【０００７】
この配置図は計算機に支援されて評価される。運動特性および幾何学形状特性ならびにロボットの目下の位置を考慮して、所定の役割に対して、最善のナビゲーションが決定される[４]。
【０００８】
[３]から、移動式ロボットにおいてセンサとして超音波センサ、レーザセンサまたはステレオカメラシステムを使用することが公知である。
【０００９】
しかしながら[３]から公知のセンサシステムは種々の欠点を有する。例えばレーザセンサまたはステレオカメラを測定に使用することはコストがかかりすぎる。これに対して確かに超音波センサは価格が易くかつ極めて頑強であるが、この形態のセンサの精度と、温度変動、外部信号または多重反射に対する妨害の受け易さと、角度分解能が低いことと、センサの到達距離が短いこととによって、この形態のセンサは限定的にしか使用できない。
【００１０】
さらに[１]から温度センサを作製するために焦電材料を使用することが公知である。
【００１１】
したがって本発明の課題は、柔軟かつコスト的に有利に対象体の空間位置を求めることである。
【００１２】
この課題は、請求項１に記載された装置ならびに請求項６に記載された方法によって解決される。
【００１３】
第１対象体の空間位置を求める装置は、画像を検出する温度センサと、このセンサに結合された処理ユニットとを有している。この処理ユニットは、センサの相応の信号から、温度センサによって検出される少なくとも１つの温度マークに基づいて第１対象体の空間位置を求める。
【００１４】
温度マークとして、周囲温度とは温度が異なる対象体を使用する。この周囲温度とは、第１対象体の周囲の温度のことである。
【００１５】
第１対象体の空間位置を求める方法では、画像を検出する温度センサと、このセンサに結合された処理ユニットとによってつぎのステップを実行する：
ａ）  センサによって周囲の温度画像を検出し、相応の信号を処理ユニットに出力する
ｂ）  処理ユニットは、これらの信号を受け取って、画像を少なくとも１つの温度マークについて評価し、このマークに依存して第１対象体の空間位置を決定する。
【００１６】
本発明によって、極めて簡単かつコスト的に有利な位置検出のためのシステムが得られる。それは画像を検出する温度センサの作製に対しても、温度マークの形成に対しても、わずかなコストしか生じないからである。
【００１７】
例えば、照明体などの既存の熱源、または湿った清掃の軌跡などの自然に発生する温度の軌跡を温度マークとして使用できることによって、本発明は有利かつ実践的になる。
【００１８】
これらの利点の他に温度マークを使用するによって、この温度マークが通例、人間には不可視であり、したがって目障りでないという利点が得られる。
【００１９】
本発明の有利な発展形態は従属請求項に記載されている。
【００２０】
画像を検出する温度センサは有利には、焦電薄膜フィルムを有するセンサである。これによってこのセンサを極めて小さくかつコスト的に有利な部材として実施することができる。
【００２１】
本発明では、装置は手段を含んでおり、ここでこの手段は、第２対象体に作用して、この第２対象体の温度が周囲温度と異なり、かつこの第２対象体が温度マークとして検知されるようにする。この実施例の利点は、第１対象体と第２対象体との協働によって極めて柔軟に使用可能なシステムが得られることである。
【００２２】
上記の手段は、第２対象体が液体で湿らされており、これによって第２対象体の温度が周囲温度と異なり、かつこの第２対象体が温度マークとして検出されるように構成されている。こうすることの利点は、極めて簡単かつコスト的に有利に温度マークが形成されることである。
【００２３】
簡単かつコンパクトという点での別の有利な実施形態は、第２対象体に作用する手段が第１対象体である場合に得られる。
【００２４】
この装置の殊に簡単な構成は、画像を検出する温度センサを第１対象体に取り付ける場合に得られる。
【００２５】
この装置が有利に使用されるのは、第１対象体がロボットである場合である。これによって極めて簡単で、柔軟性があり、かつ価格的に有利な、ロボットに対する位置検出システムが得られる。
【００２６】
本発明の実施例は図１〜４に示されている。これを以下で詳しく説明する。
【００２７】
ここで、
図１は、ロボットそれ自体によって形成される温度の軌跡にロボットを方向付ける例を示しており、
図２は、清掃ロボットの方向付けを示しており、
図３は、温度マークによる危険領域からの防護を示しており、
図４は、障害物である人間の検出を示している。
【００２８】
１．  ロボットそれ自体によって形成された温度の軌跡へのロボットの方向付け
図１は、ロボット１０３それ自体によって形成された温度の軌跡１０４へのロボット１０３の方向付けを示している。
【００２９】
ロボット１０３の後輪１０１のセクタ１１１を、後輪１０１にはめ込まれた加熱素子１０２によって加熱することにより、ロボット１０３は、走行中に所定の間隔で床１０４の素子を暖める。これらの暖められた床素子１０４は、完全に冷えて周囲温度になるまで温度マークとして作用し、温度の軌跡１０４を形成する。
【００３０】
ロボット１０３の背面１１２に取り付けられた画像検出温度センサ１０５は、所定の時間間隔でロボット１０３の走行方向１１３と逆向きの周囲画像１１４を検出する。センサ１０５は[１]に記載されているように構成されている。
【００３１】
センサ１０５は、ロボット１０３が直線的に走行すると、走行方向１１３とは逆向きの温度の周囲画像１１４を供給する。この周囲画像では、検出された温度マーク１０４は所定の完全な配列を有する。直線的な走行から逸れると、温度画像１１４に変化が生じる。温度画像１１４は、センサ１０５に結合された処理ユニット１０６に記憶される。ここでこの処理ユニットは、バス１０９を介して相互に接続されたプログラム可能なプロセッサ１０７と、記憶装置１０８とを有する。プロセッサ１０７は、温度画像１１４を記憶装置１０８から読み出し、温度画像１１４の変化から、所定の走行方向１１３からどのように、またどの程度逸れかを求める。
【００３２】
このことからプロセッサ１０７は操舵量を求め、この操舵量が、処理ユニット１０６に結合された操舵ユニット１１０に伝送される。操舵ユニット１１０は、伝送された操舵量に依存してロボットの車輪１０１、１１５を位置決めし、これによって直線的な走行からの逸脱が補償される。
【００３３】
２．  自律形清掃ロボットの方向付け
図２には、清掃ロボット２０１として使用されるロボットを、ロボット２０１によって形成される液体の軌跡２０２に方向付ける実施例が示されている。
【００３４】
湿った床要素２０２は、液体が運び去る気化エネルギーによって周囲温度よりも冷たくなり、温度の軌跡２０２を形成する。これが清掃ロボット２０１の方向付けのために２つの操舵に対して使用される：
−  清掃ロボット２０１は、それ自体が形成した温度軌跡２０２を、実施例１に示したように直線的な走行２０６の制御に使用する
−  隣接する清掃路２０４ａ〜ｄ（これは清掃ロボット２０１の幅に側方にずれかつ並行に延在し、清掃ロボット２０１によって交互の走行方向２０７で走行される）によって覆われる面２０３を効果的に清掃するため、清掃ロボット２０１が目下走行する清掃路２０４ｂは、温度の軌跡２０２に方向付けられる。ここでこの温度軌跡は、先に走行した清掃路２０４ａの走行時に形成されたものである。
【００３５】
温度センサ２０５の配置、構造、および処理ユニット２０８ないしは１０６の機能は、実施例１に記載されている。
【００３６】
３．  温度マークによる危険領域からの防護
別の実施例を図３に示して以下に詳しく説明する。
【００３７】
図３には本発明の１実施例が示されており、ここでは温度センサ３０６が使用され、これによって温度マークによって境界付けられた空間領域３０２ａ，ｂへのロボット３０１の侵入が阻止されている。これは、ロボットが出入りする部屋３０２の領域３０２ａ，ｂに危険があるような場合に必要である。このような領域３０２ａ，ｂとは、周囲領域における、自動的に開くドア３０２ａの領域、または階段３０２ｂである。
【００３８】
このために抵抗線３０３が床にはめ込まれており、これがロボット３０１に危険な領域３０２ａ，ｂを、所定の安全間隔で境界付ける。抵抗線３０３は、これに隣接する床要素を所定の温度まで暖めて、温度マーク３０４を形成する。
【００３９】
ロボットの前面３０５ａおよび背面３０５ｂには温度センサ３０６が取り付けられており、このセンサが、ロボット３０１の温度の周囲画像３１２ａを走行方向３１３に、また走行方向３１３の反対の周囲画像３１２ｂを供給する。使用するセンサ３０６は、[１]に記載されているように構成されている。
【００４０】
この温度画像３１２ａ，ｂでは温度マーク３０４は、所定の温度に起因して処理ユニット３０７により一義的に識別可能な特徴を有する。
【００４１】
温度画像３１２ａ，ｂは、センサ３０６に結合された処理ユニット３０７に記憶され、ここでこの処理ユニットは、バス３１０を介して相互に接続されているプログラム可能なプロセッサ３０８と記憶装置３０９とを有する。プロセッサ３０８は、温度画像３１２ａ，ｂを記憶装置３０９から読み出し、温度画像３１２ａ，ｂにおける温度マーク３０４の方向付けから、温度マーク３０４に対するロボット３０１の位置を決定する。
【００４２】
求めた位置に依存してプロセッサ３０８は操舵量を計算し、これが、処理ユニット３０７に結合された操舵ユニット３１１に伝送される。操舵ユニット３１１は、伝送された操舵量に依存して、ロボット３０１の車輪３１４を位置決めし、これによってこのロボットが温度マーク３０４を通過しないようにする。
【００４３】
４．障害物である人間の識別
別の実施例を図４に示して以下に詳しく説明する。
【００４４】
移動式ロボット４０１が、人間４０３の出入りする部屋４０２に使用される場合、この部屋にいる人間４０３は、ロボット４０１にとって障害物である。しかし人間４０３は、自然の体温に起因して、人間に固有な温度マークとして識別される。
【００４５】
ロボット４０１の前面４０４ａおよび背面４０４ｂには、温度センサ４０５が取り付けられており、これが、ロボット４０１の温度の周囲画像４１２ａを走行方向４１３に、また走行方向４１３の反対の周囲画像４１２ｂを供給する。使用されるセンサ４０５は、[１]に記載されているように構成されている。
【００４６】
この温度画像４１２ａ，ｂでは、人間固有の温度マーク４０３は、体温に起因して、処理ユニット４０６により一義的に識別可能な特徴を有する。
【００４７】
温度画像４１２ａ，ｂは、センサ４０５に結合された処理ユニット４０６に記憶され、ここでこの処理ユニットは、バス４０９を介して相互に接続されているプログラム可能なプロセッサ４０７と記憶装置４０８とを有する。プロセッサ４０７は、温度画像４１２ａ，ｂを記憶装置４０８から読み出し、温度画像４１２ａ，ｂにおける温度マーク４０３の方向付けから、温度マーク４０３に対するロボット４０１の位置を決定する。
【００４８】
求めた位置に依存してプロセッサ４０７は操舵量を計算し、これが、処理ユニット４０６に結合された操舵ユニット４１０に伝送される。操舵ユニット４１０は、伝送された操舵量に依存して、ロボット４０１の車輪４１４を位置決めし、これによってこのロボットが温度マーク３０４を所定の安全間隔で迂回するようにする。
【００４９】
以下では上記の実施例の２，３の変形実施例を説明する。
【００５０】
ロボット４０１と人間４０３との衝突を回避するため、操舵ユニット４１０により、求めたロボット４０１の位置に依存して、走行をロボット４０１の遮断によって停止することも可能である。
【００５１】
さらに警告装置４１１をロボット４０１に取り付けることができ、この警告装置によって、求めたロボット４０１の位置に依存して、音響的視覚的な警告信号を供給する。
【００５２】
この明細書では以下の刊行物を引用した：
[１] R. Bruchhaus, D. Pitzer, R. Primig, M. Schriter, W. Wersing, N. Neumann, N. Hess, J. Vollheim, R. Koehler, M. Simon,
An 11x6 Element Pyroelectric Detector Array Utilizing Self-Polarized PZT Thin Film Grown by Sputtering, Integrated Ferroelectrics, 第１７巻、 第３６９〜３７６頁、１９９７年
[２] T. Cord その他，Mobile autonome Roboter zum Transport von Containern, 11. Fachgespraech Autonome mobile Systeme, Karlsruhe, Hrsg. R. Dillmann, U. Rembold, Lueth, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York，第１〜９頁、１９９５年
[３] R. Bauer, Integriertes hierarchisches Navigationssystem fuer autonome mobile Roboter, 第１７〜２３頁、第３５〜４１頁、Dissertation Universitaet Linz，１９９７年
[４] ＤＥ４４１５７３６Ａ１
[５] ＤＥ３５３６９７４Ａ１
【図面の簡単な説明】
【図１】  ロボットそれ自体によって形成される温度の軌跡にロボットを方向付ける例を示す図である。
【図２】  清掃ロボットの方向付けを示す図である。
【図３】  温度マークによる危険領域からの防護を示す図である。
【図４】  障害物である人間の検出を示す図である。
【図１】
0004285911.tif 000002
【図２】
0004285911.tif 000003
【図３】
0004285911.tif 000004
【図４】
0004285911.tif 000005