用于机器人工作的预先筛查的制作方法
【专利说明】用于机器人工作的预先筛查
[0001](对相关申请的交叉引用)
[0002]本申请要求在2013年6月17日提交的发明名称为“Pre-screening stat1n forrobotic work”的共同未决的美国临时申请N0.61/956790的权益，在这里通过引用将其并入。
技术领域
[0003]本公开一般涉及机器人装置，更特别地，涉及用于帮助机器人装置在其环境中识别物体的方案。
【背景技术】
[0004]常常希望通过使用机器人装置使当前由人执行的许多动作自动化。例如，动作可能是重复的和/或危险的，等等。但是，使用机器人装置的成功的自动化要求机器人装置理解机器人装置被分派执行动作的环境。
[0005]铁道场地是希望将一般由人执行的各种动作自动化的环境的解释性的例子。例如，存在于铁道场地中的个人为了分开两个铁道车辆将手动激活切杆(例如，耦合器释放手柄)并且/或者手动激活制动杆(例如，空气系统释放杆)以将铁道车辆的制动器放气，等等。关于基本的能力，能够在物理上沿铁道场地中的轨道行进并且施加所需要的力量的任何个人执行这些相对直接的动作没有问题。但是，人进行这些设置是相当昂贵的，花费50美元/小时或更多。更重要的是，铁道车辆可能在移动的环境中的这些操作是相当危险的。一次失误就可导致擦伤乃至死亡的任何事。在执行在大多数情况下无聊和重复的任务时，人还相对容易厌烦并且不能一直保持跟踪可能出现的所有事件。
[0006]一种方法提出用于铁道车辆的自动化的静止销钉拉动器，该销钉拉动器识别目标销钉和相关的部件并且然后执行销钉拉动。但是，该讨论没有解决与真实世界应用相关的各种问题，包括在多个混乱环境中识别目标和/或以各种速度移动铁道车辆等。例如，以比正常速率高的速率移动的铁道车辆将不允许在销钉和相关的硬件对系统变得可见与随后的车移动到该空间中之间的短时间窗口内成功地拉入销钉。作为结果，可能导致销钉拉动臂与随后的车的碰撞，从而可能严重地损伤或破坏自动化的销钉拉动器。并且，可拉动销钉的位置可基于分开的铁道车辆上的长度和负载改变，这会给实现固定位置销钉拉动器带来挑战。
[0007]在美国专利申请公开N0.2010/0076631中示出和描述了可用于将铁道动作自动化或半自动化的机器人装置的解释性的例子，在这里通过引用并入。如其中所述，机器人装置可被配置为在铁道场地中动作，并且，被分派与位于铁道场地中的特定位置处的铁道车辆的处理有关的各种动作。例如，机器人装置可被配置为自发或半自发地动作以为了分开两个铁道车辆激活切杆和/或激活制动杆以将铁道车辆的制动器放气等。机器人装置的成功的动作要求机器人装置能够识别各单个铁道车辆、定位切杆和/或制动杆、并且根据需要激活切杆或制动杆，同时区分真实的目标与多个错误目标。另外，机器人装置一般需要理解诸如作用于铁道车辆上的力的场景的属性。
[0008]沿轨道移动的机器人装置特有地在尝试识别小的目标时受到挑战。与拥有巨量的着眼于理解在其环境中所看到的进化专用生物硬件和本能的人不同，即使最好的机器人装置实际上也不“理解”它们的照相机“所看到的”。机器人装置必须通过使用各种启发和算法仔细分析场景并且确定是否存在给定的一组特性。不幸的是，对于许多潜在的目标，可通过合理尺寸的计算平台实时导出的简单的目标特性一环、直线等一可导致许多错误的肯定(positive)。
[0009]例如，尝试定位在环中结束的制动杆的机器人装置可在由照相机获取的图像数据中识别许多环，包括来自字体或阴影的那些，并且可在尝试确定这些环中的哪个事实上是制动杆或者机器人装置是否甚至处于用于定位制动杆的正确位置处时具有明显的挑战。由于移动的机器人装置将在移动时改变其三维的视角、会颠簸或者进入到场地的低洼处、或者可能在通过不平坦的地形时振动，这进一步被夸大。作为结果，机器人装置可能难以确定目标的精确位置或方位。
[0010]机器人装置可被配置为实现更复杂的方法以减少或消除环境分析的不确定性。但是，这些方法需要可观的计算时间，这可使得在可动性本身将明显的附加的困难引入到问题的移动平台上实时实现变得不实际或不可能。
[0011]一些方法寻求通过使用到操作的机器人装置具有一定的合理距离的静止处理系统实时执行主要的计算。这种方法不需要在机器人装置上承载计算能力，但仍需要极大功率的系统实时执行，并且对机器人装置与车站系统之间的通信引入附加的带宽的主要挑战。例如，为了产生良好的结果，车站系统应具有与机器人装置相同的可用数据。在这种情况下，通过机器人装置的视觉系统收集的所有数据必须被传送到车站系统。为了在场条件下得到良好的分辨率和精度，必须使用合理的高分辨率照相机，并且，对于移动的车辆，帧率应至少每秒三十帧并且可能更高。对于全色照相机，即使通过一些压缩，这也意味着无线信道上的每秒几十兆字节或者每秒几百兆字节(Mbps)。诸如“WiFi”(802.11标准)的常见无线方法在当前的典型情况下很少可超过100Mbps。结果，在商业设置中使用这种方法是昂贵的并且在许多情况下是完全不现实的。
【发明内容】
[0012]本发明的多个方面提供用于预先筛查物体以供进一步处理的方案。预先筛查部件可获取物体的图像数据并且处理图像数据以识别在图像数据中可见的与物体对应的参照目标。另外，预先筛查部件可通过使用参照目标识别物体的一个或更多个部件的位置。预先筛查部件可提供预先筛查数据以用于进一步处理物体，该预先筛查数据包含与一组参照目标和至少一个部件的位置对应的数据。参照目标可例如是物体的容易识别的特征，并且，部件可与对物体执行动作相关。
[0013]本发明的第一方面提供一种系统，该系统包括:被配置为在动作位置处以自发或半自发的方式对车辆执行动作的机器人装置；和预先筛查部件，该预先筛查部件包含:用于获取在移动到动作位置之前经过预先筛查位置的车辆的图像数据的一组照相机；和用于通过执行以下过程预先筛查车辆的计算机系统:处理图像数据以识别与在图像数据中可见的车辆对应的一组参照目标；通过使用一组参照目标识别与机器人装置在车辆上执行的动作相关的车辆的至少一个部件的位置；和提供由机器人装置在执行动作时使用的预先筛查数据，其中，预先筛查数据包含与一组参照目标和至少一个部件的位置对应的数据。
[0014]本发明的第二方面提供一种系统，该系统包括:预先筛查部件，该预先筛查部件包含:用于获取物体的图像数据的一组照相机；和用于通过执行以下过程预先筛查物体的计算机系统:处理图像数据以识别与在图像数据中可见的物体对应的一组参照目标；通过使用一组参照目标识别物体的至少一个部件的位置；和提供进一步处理物体时使用的预先筛查数据，其中，预先筛查数据包含与一组参照目标和至少一个部件的位置对应的数据。
[0015]本发明的第三方面提供一种铁道场地，该铁道场地包括:被配置为在动作位置处以自发或半自发的方式对铁道车辆执行动作的机器人装置；和预先筛查部件，该预先筛查部件包含:用于获取在移动到动作位置之前经过预先筛查位置的各铁道车辆的图像数据的一组照相机；和用于通过执行以下过程预先筛查铁道车辆的计算机系统:处理图像数据以识别与在图像数据中可见的铁道车辆对应的一组参照目标，其中，一组参照目标中的各参照目标包含铁道车辆的容易识别的特征；通过使用一组参照目标识别与机器人装置对铁道车辆执行的动作相关的铁道车辆的至少一个部件的位置；和提供由机器人装置在执行动作时使用的预先筛查数据，其中，预先筛查数据包含与一组参照目标和至少一个部件的位置对应的数据。
[0016]本发明的其它方面提供包括和/或实现这里描述的作用中的一些或全部的方法、系统、程序产品以及使用和产生每一个的方法。本发明的解释性的方面被设计以解决这里描述的问题中的一个或更多个和/或没有讨论的一个或更多个其它问题。
【附图说明】
[0017]从结合示出本发明的各种方面的附图给出的本发明的各种方面的以下详细描述，将更容易地理解本公开的这些和其它特征。
[0018]图1示出根据实施例的用于处理铁道车辆的解释性的环境。
[0019]图2示出根据实施例的图1所示的铁道车辆的处理环境的解释性的实现的框图。
[0020]图3示出根据实施例的预先筛查部件的解释性的实现的顶视图。
[0021]图4示出根据实施例的可实现为预先筛查部件的一部分的解释性的组件。
[0022]图5示出根据实施例的可被分析以确定各单独的位置的三个连接的铁道车辆的模拟。
[0023]图6A和图6B示出根据实施例的铁道车辆的解释性的弹簧箱和用于在图像数据中识别弹簧箱的原理。
[0024]图7示出根据实施例的图示图像数据的区域的分块的模拟图像。
[0025]图8示出根据实施例的图示设备定义文件的产生的流程图。
[0026]图9示出根据实施例的设备定义文件的解释性的结构。
[0027]注意，附图可能不按比例。附图仅是要示出本发明的典型方面，并因此不应被解释为限制本发明的范围。在附图中，类似的附图标记在附图之间代表类似的要素。
【具体实施方式】
[0028]如上所述，本发明的多个方面提供用于预先筛查物体以供进一步处理的方案。预先筛查部件可获取物体的图像数据并且处理图像数据以识别在图像数据中可见的与物体对应的参照目标。另外，预先筛查部件可通过使用参照目标识别物体的一个或更多个部件的位置。预先筛查部件可提供进一步处理物体时使用的预先筛查数据，该预先筛查数据包含与一组参照目标和至少一个部件的位置对应的数据。参照目标可例如是物体的容易识别的特征，并且，部件可与对物体执行动作相关。这里，除非另外指明，否则，术语“组”意指一个或更多个(即，至少一个)，并且，短语“任何方案”意指任何现在已知或以后开发的方案。
[0029]本发明的多个方面提供用于处理诸如穿过给定区域的车辆的各种物体的方案。处理可包括通过使用机器人装置在物体上执行一个或更多个动作。预先筛查部件可首先获得关于物体的信息并且提供供机器人装置使用的这种信息。在实施例中，信息包含为了执行动作帮助机器人装置在针对物体获取的图像数据中识别物体的一个或更多个相关部件的数据。方案还可从物体的先前处理和/或关于物体的工业数据库等获取物体的其它数据，这些数据也可被提供以供预先筛查部件和/或机器人装置使用。并且，方案可提供用于有效地存储和/或传送关于物体的信息、跟踪物体随时间的变化、检测存在于物体中的异常和/或预测物体的将来条件等的方案。
[0030]结合示出的铁道场地应用示出和描述本发明的其它方面。特别地，铁道场地包括被配置为获取关于所有通过的铁道车辆的数据、检查数据并确定关于各穿过铁道车辆的各种数据的预先筛查部件。预先筛查部件可提供用于进一步处理铁道场地中的铁道车辆的数据。例如，当火车到达铁道场地时，铁道车辆分开并且分成组，这些组随后被组装成新的火车并且离开铁道场地。为了允许这种动作，在铁道车辆上执行许多重复的任务。解释性的动作是将铁道车辆的制动器放气。在该动作中，一般操作制动杆两次以确保放气完全成功，以导致释放压缩空气。
[0031]为了通过使用机器人装置执行这种动作，装置必须能够定位一般是可以或者可以不在端部具有环的简单的金属杆的制动杆，并且，以足以