[发明专利]自主多平台机器人系统

说明书

发明领域

本发明通常涉及移动机器人系统，更准确地说，涉及用于在一自主多平台机器人环境中分配绘图、定位、计划、控制和任务执行功能的系统和方法。

背景技术

已经研究、开发和使用了移动机器人来处理各种任务如清洁和保安。大多数移动机器人是非自主的：即，它们不能自主导航。由非自主机器人提供的经济效益受到机器人的行动不灵活和大量安装费用的限制。必须雇用熟练的技术员并向其支付预编程的费用，该预先编制的程序使机器人沿指定的路线行进并执行指定的任务。可能必需在该环境中安装一些物体以引导机器人，如轨道、地下信号发射线、标志或传感器。还可能必需对环境进行进一步的改变以最小化安装和操作上的问题。

有些移动非自主机器人能检测阻碍它们路线的障碍物，且能停止或稍微偏离它们的路线以避开这些障碍物。然而，例如如果通过移动一个大件的家具使环境发生了显著改变，则传统的非自主机器人就不能正确地作出反应。通常必须重复部分或全部安装过程。由于该局限，非自主机器人通常仅在静止或高价值路线上使用。尽管这些非自主机器人依靠随机运动来执行它们的任务，如池清洁机器人，该方法仅用于少量的应用。

在过去几年中，全自主移动机器人已经开始在实验室出现。自主机器人能通过对它们的周围和环境状况进行检测和作出反应来穿过周围环境。自主机器人导航包含四个基本任务：绘图、定位、计划和控制。这些紧密相关的概念类似于询问“我在哪儿？”(绘图和定位)，接着询问“我要去哪儿？”或“我要干什么？”(计划)，最后“我怎么才能到那儿？”或“我如何去做？”(控制)。

一旦绘图完成，则必须确定机器人在该地图中当前的位置、方位以及变化率。该过程被称为定位。依靠2D绘图和定位的自主机器人通常不能充分可靠地进行导航，因为该地图相对来说太简单。通常，机器人会迷路、被卡住或跌倒。相反，动态3D绘图和定位的使用会使导航更可靠，但会涉及复杂的计算，该计算要求大量计算开支。典型的3D绘图具有成百上千万的单元，使例如陆标提取、定位和计划的直接操作在计算上密集化。引起的操作延迟限制了机器人移动和任务执行的速度。

一旦绘图和定位完成，必须着手任务的计划和执行。在任务执行过程中仍将需要一些定位。对一个机器人来说，在执行任务的同时试图去定位会导致无法接受的延迟。如果使用多个机器人，上面所描述的折衷通常仍然存在，而且现在必须处理多次。

鉴于此，需要具有快速、准确和效能成本合算的绘图和定位以及有效的任务计划和分配的自主的、多机器人系统。

发明内容

本发明针对用于在多机器人环境中分配绘图、定位、计划、控制和任务执行功能的系统和方法。该系统包括至少一个导航机器人平台以及执行预定任务的一个或多个功能机器人平台。

对每一个任务，一导航机器人和一指定功能的机器人协力地工作。绘图、定位、计划和控制功能被指定给至少一个导航机器人，以及功能任务被指定给一个或多个功能机器人。在一次执行中，该系统被用于清洁一个房间或办公室的内部。在这次执行中，功能机器人执行吸尘、清扫、拖洗、清洁浴室设备等等的工作，而导航机器人导航、操纵和监视该功能机器人。

在一个实施例中，导航机器人为其自身和功能机器人执行用于绘图、定位、计划和控制的所有和基本上所有的计算。因此，导航机器人配置有执行这些任务所要求的传感器和传感器处理硬件。相反，在该实施例中，功能机器人不执行用于定位、计划或控制的任何哪怕是少量的运算，因此，未配置为这些目的所使用的传感器或硬件。

因此，在一个实施例中，所提供的一种自主机器人系统包括：至少一个第一移动机器人，用来在一个区域内执行一个或多个重复任务；以及至少一个第二机器人，用来指挥所述至少第一机器人在该区域内的所有运动。

在另一个实施例中，提供一种在一区域内执行一重复任务的方法，该方法包括以下步骤：由至少一个第一移动机器人执行该重复任务；以及由至少一个第二机器人指挥该至少一个第一移动机器人在该区域中的所有运动。

在本发明的另一实施例中，提供一个在一环境中自主的移动机器人系统。该系统包括一个或多个功能移动机器人，负责执行多种功能任务。该系统还包括一个或多个导航移动机器人，用来在该环境中定位自身和功能机器人，计划由功能机器人执行的任务，并且在任务执行过程中控制功能机器人。在一实施例中，当功能机器人正在运动时，控制它的导航机器人保持固定不动。

在本发明的另一个实施例中，提供用于自主的多机器人操作的方法。该方法包括步骤：