使用多個(gè)機(jī)器人對(duì)環(huán)境的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視的制作方法
【專利摘要】提供了使用多個(gè)機(jī)器人發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視環(huán)境的技術(shù)。多個(gè)機(jī)器人通過以下方式來導(dǎo)航環(huán)境：為每個(gè)機(jī)器人確定導(dǎo)航緩沖區(qū)；允許每個(gè)機(jī)器人在與其他機(jī)器人保持基本上最小的距離的同時(shí)在環(huán)境內(nèi)導(dǎo)航，其中基本上最小的距離對(duì)應(yīng)于導(dǎo)航緩沖區(qū)，以及其中導(dǎo)航緩沖區(qū)中的每一個(gè)的大小隨著時(shí)間基于仍然有待導(dǎo)航的環(huán)境的百分比被減小。機(jī)器人還可以通過以下方式來導(dǎo)航環(huán)境：獲取將環(huán)境劃分為多個(gè)離散區(qū)域的離散化；以及使用廣度優(yōu)先搜索為多個(gè)機(jī)器人中的一個(gè)確定下一未被訪問的離散區(qū)域，以探索示例性環(huán)境。多個(gè)離散區(qū)域可以例如是多個(gè)真實(shí)或虛擬瓦片。
【專利說明】使用多個(gè)機(jī)器人對(duì)環(huán)境的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及協(xié)調(diào)多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人對(duì)給定環(huán)境或區(qū)域進(jìn)行探索和監(jiān)視的自動(dòng)化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)據(jù)中心正在消耗更多的能量。認(rèn)識(shí)到冷卻是能耗的重要貢獻(xiàn)因素，數(shù)據(jù)中心操作員開始容忍更高的運(yùn)行溫度。盡管該實(shí)踐節(jié)省了相當(dāng)多的能量，但是以更接近容許的運(yùn)行溫度極限的溫度運(yùn)行會(huì)增加溫度問題導(dǎo)致設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，而設(shè)備故障會(huì)沖銷節(jié)能的財(cái)務(wù)收益。需要警戒，并且該警戒正越來越多地由數(shù)據(jù)中心能量管理軟件提供，所述數(shù)據(jù)中心能量管理軟件監(jiān)視數(shù)據(jù)中心環(huán)境狀況例如溫度，并在麻煩的熱點(diǎn)發(fā)展時(shí)警告操作員。
[0003]已經(jīng)提出或建議了許多技術(shù)來使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人自動(dòng)地對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行導(dǎo)航、構(gòu)建地圖和監(jiān)視。例如，通過引用結(jié)合在本文中的J.Lenchner等人的“TowardsData Center Self-Diagnosis Using a Mobile Robot，， (ACM Int’ I Conf.0n AutonomicComputing(ICACj 11) (2011))公開了一種機(jī)器人，其用作物理自主元件來自動(dòng)地對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行導(dǎo)航、構(gòu)建地圖和監(jiān)視。所公開的機(jī)器人導(dǎo)航數(shù)據(jù)中心、對(duì)其布局構(gòu)建地圖并監(jiān)視其溫度或感興趣的其他量，而只有很少的人工輔助(如果有的話)。此外，通過引用結(jié)合在本文中的于 2010 年 9 月 28 日提交的標(biāo)題為“Detecting Energy and Environmental Leaks inIndoor Environments Using a Mobile Robot”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào) 12/892，532 公開了使用一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人在室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行能量和環(huán)境泄露檢測(cè)的技術(shù)。
[0004]盡管機(jī)器人的使用已經(jīng)極大改進(jìn)了自動(dòng)監(jiān)視室內(nèi)環(huán)境的能力，但是它們也受到許多限制，如果能克服這些限制，則可以進(jìn)一步擴(kuò)展監(jiān)視室內(nèi)環(huán)境的機(jī)器人的有用性和效率。例如，有挑戰(zhàn)的是，使多個(gè)機(jī)器人高效地導(dǎo)航室內(nèi)環(huán)境而不會(huì)互相阻礙，特別是在接近探索結(jié)束時(shí)。許多現(xiàn)有導(dǎo)航技術(shù)使用眾所周知的基于邊界的A*增量導(dǎo)航方法，這首先在Peter Hart 等人的 “A Formal Basis for the Heuristic Determination of Minimum CostPaths” (SIGART Newsletter, 37:28-29 (1972))中針對(duì)單個(gè)機(jī)器人進(jìn)行描述，更近期地由Yamauchi 的 “Frontier-Based Exploration Using Multiple Robots，，(Proc.0f the IntJ IConf.0n Autonomous Agents (1998))在多個(gè)機(jī)器人的背景中進(jìn)行描述。此外，許多現(xiàn)有導(dǎo)航技術(shù)還集成了每個(gè)機(jī)器人攜帶“勢(shì)場(chǎng)”使得機(jī)器人被強(qiáng)制互相隔開某個(gè)人工調(diào)諧的距離這一構(gòu)思。例如參見 Yong K.Hwang 和 Narandra Ahuja 的“A Potential Field Approach toPath Planning，，(IEEE Trans.0n Robotics and Automation Actions, Vol.8, Issuel (IEEE, I992))。
[0005]對(duì)于自動(dòng)地對(duì)環(huán)境(特別是結(jié)構(gòu)良好的室內(nèi)環(huán)境諸如數(shù)據(jù)中心)進(jìn)行導(dǎo)航、構(gòu)建地圖和監(jiān)視的機(jī)器人而言，仍然需要更高效的導(dǎo)航方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]通常，本發(fā)明的各方面提供了使用多個(gè)機(jī)器人對(duì)環(huán)境的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，多個(gè)機(jī)器人通過以下方式導(dǎo)航環(huán)境:為每個(gè)機(jī)器人確定導(dǎo)航緩沖區(qū)；以及允許每個(gè)機(jī)器人在環(huán)境內(nèi)導(dǎo)航，同時(shí)與其他機(jī)器人保持基本上最小的距離，其中基本上最小的距離對(duì)應(yīng)于導(dǎo)航緩沖區(qū)的大小，以及其中，每個(gè)導(dǎo)航緩沖區(qū)的大小基于仍然有待導(dǎo)航的環(huán)境的百分比隨著時(shí)間而減小。
[0007]導(dǎo)航緩沖區(qū)的大小可以例如與仍然有待導(dǎo)航的環(huán)境的百分比成正比地減小。環(huán)境可以是已知或未知的環(huán)境。導(dǎo)航緩沖區(qū)可以例如被初始化為用于把k個(gè)均一的導(dǎo)航緩沖區(qū)裝配在環(huán)境內(nèi)的初始區(qū)域。示例性導(dǎo)航緩沖區(qū)包括圓形、橢圓形、正方形、長(zhǎng)方形、其他多邊形等。如果機(jī)器人能夠在三維中導(dǎo)航，則區(qū)域也可以是三維的，其中類似的樣本導(dǎo)航緩沖區(qū)是球體、橢圓體、正方體或長(zhǎng)方體。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，多個(gè)機(jī)器人通過以下方式導(dǎo)航環(huán)境:獲取把環(huán)境劃分為多個(gè)離散區(qū)域的離散化；以及使用廣度優(yōu)先搜索為在示例性環(huán)境中探索的多個(gè)機(jī)器人中的一個(gè)確定下一未被訪問的離散區(qū)域。多個(gè)離散區(qū)域例如可以是多個(gè)真實(shí)或虛擬瓦片。
[0009]通過參考以下詳細(xì)描述和附圖，將會(huì)獲得本發(fā)明的更完整的理解以及本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1示出可以在其中使用本發(fā)明的示例性室內(nèi)環(huán)境；
[0011]圖2是包含本發(fā)明的方面的勢(shì)場(chǎng)半徑確定過程的示例性流程圖；
[0012]圖3和4示出示例性機(jī)器人R1和R2使用所公開的可變勢(shì)場(chǎng)導(dǎo)航技術(shù)導(dǎo)航經(jīng)過圖1的示例性室內(nèi)環(huán)境；
[0013]圖5是包含本發(fā)明的方面的廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程的示例性流程圖；
[0014]圖6至13示出示例性機(jī)器人R1和R2使用圖5的廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程確定下一未被訪問的瓦片，而導(dǎo)航經(jīng)過圖1的示例性室內(nèi)環(huán)境；并且
[0015]圖14是可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提供了在先前已知的環(huán)境以及先前未知的環(huán)境中的改進(jìn)的多機(jī)器人導(dǎo)航。根據(jù)本發(fā)明的可變勢(shì)場(chǎng)方面，通過基于已知環(huán)境中仍然有待探索的區(qū)域的百分比、或者未知環(huán)境中仍然有待探索的區(qū)域的估算百分比而改變勢(shì)場(chǎng)的半徑，來改進(jìn)已知和未知環(huán)境的多機(jī)器人導(dǎo)航。勢(shì)場(chǎng)在這里也被稱為“導(dǎo)航緩沖區(qū)”。通常，示例性勢(shì)場(chǎng)的半徑隨著保持未被探索的室內(nèi)環(huán)境的百分比(或估算百分比)的降低而減小。盡管使用圍繞每個(gè)機(jī)器人具有基本均一半徑的圓形來舉例說明本發(fā)明的可變勢(shì)場(chǎng)方面，但是對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言很明顯的是，可以圍繞每個(gè)機(jī)器人建立任意形狀以及可變大小的導(dǎo)航緩沖區(qū)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的廣度優(yōu)先搜索方面，通過使用廣度優(yōu)先搜索(BFS)為多個(gè)機(jī)器人確定經(jīng)過已知環(huán)境的路徑，來改進(jìn)已知環(huán)境的多機(jī)器人導(dǎo)航。所公開的廣度優(yōu)先搜索技術(shù)使用多項(xiàng)式時(shí)間遞歸啟發(fā)，其防止兩個(gè)或多個(gè)機(jī)器人嘗試訪問環(huán)境的相同部分。通常，每個(gè)機(jī)器人增量地創(chuàng)建廣度優(yōu)先搜索樹，并且它們共同嘗試找到環(huán)境內(nèi)的下一未被訪問的位置。每個(gè)機(jī)器人更新其各自的BFS樹以適應(yīng)首先成功找到未被訪問的位置的機(jī)器人。
[0018]通常，廣度優(yōu)先搜索(BFS)是圖形搜索算法，其在根節(jié)點(diǎn)開始并探索所有相鄰節(jié)點(diǎn)。然后，對(duì)于每個(gè)最接近的節(jié)點(diǎn)，圖形搜索算法探索其所有未被探索的相鄰節(jié)點(diǎn)，等等，直到找到期望的節(jié)點(diǎn)(即之前未被訪問的瓦片)。
[0019]這里所使用的術(shù)語“建筑物”旨在指代各種設(shè)施，包括但不限于含有大量信息技術(shù)(IT)設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，以及工業(yè)辦公室空間和住宅建筑物。
[0020]圖1示出可以在其中使用本發(fā)明的示例性室內(nèi)環(huán)境100。給定機(jī)器人集合(R1,..., RkI并假設(shè)在示例性室內(nèi)環(huán)境100內(nèi)將被探索的空間已被離散化為正方形“瓦片”的集合。在某些實(shí)際的環(huán)境例如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心中，自然的離散化單元是實(shí)際的物理地板或天花板瓦片。在其他環(huán)境中，離散化單元可以是虛擬瓦片。圖1的示例性室內(nèi)環(huán)境100包括6乘6瓦片的示例性陣列，由兩個(gè)示例性機(jī)器人R1和R2探索。在示例性室內(nèi)環(huán)境100中用X標(biāo)記的瓦片保持未被訪問。用交叉陰影圖案填充的瓦片表示障礙物的存在。如下面結(jié)合圖2至4進(jìn)一步討論，示例性機(jī)器人R1和R2使用本發(fā)明的可變勢(shì)場(chǎng)方面來導(dǎo)航經(jīng)過示例性室內(nèi)環(huán)境100的路徑。如下面結(jié)合圖5至13進(jìn)一步討論，示例性機(jī)器人R1和R2使用本發(fā)明的廣度優(yōu)先搜索方面來導(dǎo)航經(jīng)過示例性室內(nèi)環(huán)境100的路徑。
[0021]對(duì)于適合的示例性機(jī)器人的詳細(xì)討論，參見例如通過引用結(jié)合在本文中的于2010 年 9 月 28 日提交的標(biāo)題為 “Detecting Energy and Environmental Leaks in IndoorEnvironments Using a Mobile Robot”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/892,532。這里所使用的術(shù)語“機(jī)器人”一般表示可以通過電子或計(jì)算機(jī)編程來控制的任意形式的移動(dòng)電子機(jī)械設(shè)備。如下面將詳細(xì)描述，在該基本形式下，示例性機(jī)器人在建筑物100的整個(gè)指定部分中移動(dòng)，并且取得溫度、氣流和/或懸浮物測(cè)量值以及時(shí)間和定位數(shù)據(jù)(以便允許溫度、氣流和/或懸浮物數(shù)據(jù)與特定時(shí)間建筑物100中的給定位置相關(guān)聯(lián))。機(jī)器人應(yīng)該能夠沿著建筑物的地板在各個(gè)方向上移動(dòng)，以便導(dǎo)航機(jī)器人需要去的地方并在障礙物例如建筑物100中的設(shè)備、家具、墻壁等附近進(jìn)行調(diào)遣。
[0022]優(yōu)選的是，機(jī)器人(例如100中的R1和R2)具有采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)即溫度、氣流和/或懸浮物測(cè)量值以及時(shí)間/定位數(shù)據(jù)的能力，以允許后續(xù)進(jìn)行分析，盡管還有可能使數(shù)據(jù)以流的形式傳送給控制或服務(wù)器計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)可以在那兒被處理和/或存儲(chǔ)。
[0023]如下面所討論，示例性室內(nèi)環(huán)境100可以是已知或未知環(huán)境。如上所示，本發(fā)明的可變勢(shì)場(chǎng)方面可以用于導(dǎo)航已知和未知環(huán)境。同樣地，本發(fā)明的廣度優(yōu)先搜索方面可以用于導(dǎo)航已知環(huán)境。本發(fā)明的可變勢(shì)場(chǎng)和廣度優(yōu)先搜索方面可以在已知環(huán)境的情形下進(jìn)行組合，特別是很多機(jī)器人的情形，在這種情形中廣度優(yōu)先搜索的計(jì)算時(shí)間和空間成本可能會(huì)過高。在例如已知的網(wǎng)格空間中，可變勢(shì)場(chǎng)方法可以被使用，直到例如5R個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)保持未被訪問，其中R是機(jī)器人的數(shù)量。
[0024]基于未探索區(qū)域的百分比的導(dǎo)航緩沖區(qū)
[0025]圖2是包含本發(fā)明的方面的勢(shì)場(chǎng)半徑確定過程200的示例性流程圖，其中導(dǎo)航緩沖區(qū)全是具有均一半徑的圓。如圖2所示，勢(shì)場(chǎng)半徑確定過程200最初開始于在步驟210期間確定多邊形P，其描述待導(dǎo)航的環(huán)境的周邊。接下來，在步驟220期間勢(shì)場(chǎng)半徑確定過程200計(jì)算待導(dǎo)航的區(qū)域的面積A、并將其自身初始化為存在k個(gè)機(jī)器人(R1,..., RJ的事實(shí)。
[0026]勢(shì)場(chǎng)半徑確定過程200然后在步驟230期間通過使用對(duì)似乎可能的半徑的二分查找以不同半徑嘗試圓盤填裝、并且例如使用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格偏移方法(參見例如D.Hochbaum和 W.Maas 的“Approximation Schemes for Covering and Packing Problems in ImageProcessing and VLSI ”，32 (I): 130-136，1985)實(shí)現(xiàn)每個(gè)填裝，來獲取用于在P內(nèi)填裝k個(gè)均一半徑的圓盤的近似最大(初始)半徑。然后在步驟240期間使所確定的最大半徑減小可配置的量例如10-20%，以確保機(jī)器人有要移動(dòng)的空間、并且所確定的最大半徑是低估值。再次注意，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說很明顯的是，可以在每個(gè)機(jī)器人周圍建立任意形狀和可變大小的導(dǎo)航緩沖區(qū)。
[0027]在步驟250中，機(jī)器人共同嘗試尋找下一個(gè)尚未訪問的區(qū)域，并且在步驟260期間隨著已被探索的區(qū)域的百分比的增加，例如與未探索區(qū)域的當(dāng)前百分比成線性比例地減小勢(shì)場(chǎng)半徑。在事先不知道待探索的區(qū)域的情形下，當(dāng)然必須利用邊界多邊形的面積以及到目前為止已探索的區(qū)域中的已經(jīng)證明包含障礙物的部分，來估算在任意時(shí)間點(diǎn)未被探索的區(qū)域的精確百分比。當(dāng)不存在下一未被訪問區(qū)域時(shí)，換句話說當(dāng)區(qū)域已被完全探索時(shí)，過程在步驟270中完成。
[0028]圖3和4示出使用本發(fā)明的可變勢(shì)場(chǎng)方面由示例性機(jī)器人R1和R2導(dǎo)航經(jīng)過示例性室內(nèi)環(huán)境100。圖3示出示例性機(jī)器人R1和R2在第一時(shí)間的導(dǎo)航，且圖4示出示例性機(jī)器人R1和R2在特定部分的瓦片已被探索之后的隨后時(shí)間tn的導(dǎo)航。標(biāo)記為X2的瓦片表示機(jī)器人R2已經(jīng)探索過該瓦片，而標(biāo)記為X1的瓦片表示機(jī)器人R1已經(jīng)探索過該瓦片。應(yīng)注意的是，在時(shí)間h的半徑rtl大于在時(shí)間tn的半徑rtn，因?yàn)楸３治幢惶剿鞯氖纠允覂?nèi)環(huán)境100的百分比已經(jīng)隨時(shí)間減小。圖3中在時(shí)間A保持未被探索的瓦片的數(shù)量是27塊瓦片，而圖4中在時(shí)間、保持未被探索的瓦片的數(shù)量是15塊瓦片。與各個(gè)機(jī)器人相關(guān)聯(lián)的勢(shì)場(chǎng)或?qū)Ш骄彌_區(qū)由在給定時(shí)間圍繞它們的相關(guān)聯(lián)的圓形或圓盤給出，換句話說，圖3中在時(shí)間h的半徑為rtl的圓盤、以及圖4中在隨后的時(shí)間tn的半徑為rtn的圓盤。在任意給定時(shí)間ti;這些圓盤用于將機(jī)器人保持分開至少2rti的距離。在另一變型中，勢(shì)場(chǎng)或?qū)Ш骄彌_區(qū)可以用于將機(jī)器人保持分開至少rti的距離(即只要另一機(jī)器人自身不在給定機(jī)器人的導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)，給定機(jī)器人就可以繼續(xù)移動(dòng))。在又一變型中，半徑或形狀面積可以與每個(gè)機(jī)器人的速度成比例(并且與剩余/未被訪問的空間的量成比例)。
[0029]廣度優(yōu)先搜索導(dǎo)航
[0030]圖5是包含本發(fā)明的方面的廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500的示例性流程圖。如下面結(jié)合圖6至13進(jìn)一步討論，每個(gè)示例性機(jī)器人R1和R2執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500以確定導(dǎo)航經(jīng)過示例性室內(nèi)環(huán)境100的路徑的過程中的下一未被訪問的瓦片。
[0031]如圖5所示，在步驟510中，每個(gè)機(jī)器人在所有方向上(在軟件中)采取一個(gè)假想的步驟，保持其路徑完整集合的廣度優(yōu)先搜索(BFS)樹。下面結(jié)合圖6A進(jìn)一步討論BFS樹。在步驟520中，機(jī)器人將其BFS樹發(fā)展至一個(gè)額外的深度級(jí)別，并且發(fā)現(xiàn)到那時(shí)為止尚未訪問的瓦片的任意機(jī)器人向其他機(jī)器人聲明該事實(shí)以及借以找到該瓦片的路徑。將找到之前尚未訪問的瓦片的任意機(jī)器人稱為“聲明”機(jī)器人。使用適當(dāng)?shù)娜我忸愋偷臋C(jī)器人到機(jī)器人或機(jī)器人到服務(wù)器到機(jī)器人的通信來做出該聲明。在步驟530中，到達(dá)決策/控制點(diǎn)。如果任何機(jī)器人都沒有發(fā)現(xiàn)新的瓦片，則重復(fù)步驟510，并且所有機(jī)器人將其BFS樹發(fā)展到額外的深度級(jí)別。另一方面，如果一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人遇到未被訪問的瓦片，則由未找到未被訪問的瓦片的機(jī)器人執(zhí)行步驟540和550，并由找到瓦片的機(jī)器人執(zhí)行步驟560。
[0032]這些步驟集合可以由兩組機(jī)器人并行執(zhí)行。如果兩個(gè)機(jī)器人找到同一瓦片，則任意方法可以用于決定哪個(gè)機(jī)器人成為聲明機(jī)器人且因此遵循步驟560，以及哪個(gè)機(jī)器人成為非聲明機(jī)器人。例如，機(jī)器人可以被預(yù)先編號(hào)(索引化)為&，…，Rk，如前面在勢(shì)場(chǎng)半徑確定過程200中所實(shí)現(xiàn)的，使較小編號(hào)的機(jī)器人成為“聲明”機(jī)器人。在步驟540中，非聲明機(jī)器人檢查其各自的BFS樹以查看是否與聲明機(jī)器人的任意路徑存在沖突。當(dāng)非聲明機(jī)器人與聲明機(jī)器人在相同時(shí)間處于給定的瓦片T中的任意時(shí)間，這被認(rèn)為是沖突，此外，如果非聲明機(jī)器人在聲明機(jī)器人從瓦片T’移動(dòng)到瓦片T的相同時(shí)間從瓦片T移動(dòng)到瓦片T’，這被認(rèn)為是沖突。在步驟540中發(fā)現(xiàn)沖突的任意機(jī)器人必須在步驟550中重新生成其BFS樹從而避免任意沖突。與非聲明機(jī)器人的這些活動(dòng)并行，聲明機(jī)器人各自在步驟560中將其BFS樹折疊(collapse)為到達(dá)其剛才找到的之前未被訪問的瓦片而采取的單條路徑。在所有非聲明機(jī)器人完成步驟540和550以及所有聲明機(jī)器人完成步驟560時(shí)，控制返回到步驟510，在該步驟中，機(jī)器人再次將其BFS樹發(fā)展到額外的深度級(jí)別。當(dāng)所有瓦片都已被探索并且從而各個(gè)BFS樹無法進(jìn)一步被發(fā)展時(shí)，過程在步驟580中終止。
[0033]對(duì)于R個(gè)機(jī)器人和總共N個(gè)具有恒定連接的瓦片(4-連接使得機(jī)器人被約束為在長(zhǎng)方形瓦片之間正交地移動(dòng)，以及8-連接使得機(jī)器人自由地沿對(duì)角線跨越長(zhǎng)方形瓦片)，廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500的運(yùn)行時(shí)間是O (KN2)，因?yàn)槿我鈾C(jī)器人要花費(fèi)O(N)時(shí)間來生成任意節(jié)點(diǎn)處的BFS樹，并且在每個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要時(shí)間N+0(N) = O(N)來首先檢查路徑?jīng)_突然后重新生成在給定深度開始的BFS。給定總共N個(gè)節(jié)點(diǎn)和K個(gè)機(jī)器人，可以預(yù)期總的運(yùn)行時(shí)間0(ΚΝ2)，其可以被完全并行化為每個(gè)機(jī)器人花費(fèi)的0(N2)時(shí)間。預(yù)期的運(yùn)行時(shí)間可能要小得多，因?yàn)閮蓚€(gè)機(jī)器人只有在其BFS樹在同一時(shí)間增量發(fā)現(xiàn)同一瓦片時(shí)才會(huì)有沖突。
[0034]廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500的總空間復(fù)雜度也是O(KN2)，因?yàn)闄C(jī)器人在多達(dá)O(N)個(gè)瓦片的每個(gè)瓦片上保持大小為O(N)的信息，且該空間需求再次被并行化為O (N2)。
[0035]廣度優(yōu)先搜索 路徑確定過程500可以可選地通過任意一個(gè)機(jī)器人(或所有機(jī)器人)計(jì)算，且因此被執(zhí)行而無需機(jī)器人之間或機(jī)器人與服務(wù)器之間的通信，除了啟動(dòng)的時(shí)候(盡管在計(jì)算時(shí)間和空間方面有更大的成本)。
[0036]圖6至13示出隨時(shí)間執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500，以便為被約束為在正方形瓦片之間正交地移動(dòng)的機(jī)器人在導(dǎo)航經(jīng)過示例性室內(nèi)環(huán)境100的路徑的過程中確定下一未被訪問的瓦片，該過程開始于圖6，只有4個(gè)尚未訪問的瓦片，其中未被訪問的瓦片被表示為X。
[0037]圖6示出在繼續(xù)擴(kuò)展BFS樹時(shí)由機(jī)器人R1執(zhí)行的廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500的兩次迭代。在圖6至13中使用的示例性標(biāo)記中，“n，Direct1n (方向)”表示與機(jī)器人移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的迭代次數(shù)(η)以及機(jī)器人從起始瓦片到達(dá)給定瓦片所需的移動(dòng)的串聯(lián)方向。例如，“1，U”表不向上方向的第一次移動(dòng)。類似地,D表不向下方向的移動(dòng),R表不向右方向的移動(dòng)，且L表示向左方向的移動(dòng)。因此，標(biāo)記“2，RU”表示機(jī)器人可以在兩次迭代中向右移動(dòng)、緊接著向上移動(dòng)從而移動(dòng)到指示的瓦片。類似地，標(biāo)記“2，DR”表示機(jī)器人可以在兩次迭代中向下移動(dòng)、緊接著向右移動(dòng)從而移動(dòng)到指示的瓦片。
[0038]圖6Α示出如上面結(jié)合圖6討論的由機(jī)器人札實(shí)現(xiàn)的BFS樹600的相同兩次迭代，但以更為傳統(tǒng)的“樹形結(jié)構(gòu)”呈現(xiàn)出假想路徑的軌跡。應(yīng)注意的是，例如，機(jī)器人R1可以已經(jīng)通過向下⑶運(yùn)動(dòng)、緊接著向左(L)運(yùn)動(dòng)、以及給定的向左(L)運(yùn)動(dòng)、緊接著向下⑶運(yùn)動(dòng)而到達(dá)對(duì)角線上位于其下面的瓦片。[0039]圖7示出在繼續(xù)擴(kuò)展其BFS樹時(shí)由機(jī)器人R2執(zhí)行的廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500的第二次迭代。如圖7所示，機(jī)器人R2在第二次迭代期間使用首先向下移動(dòng)、緊接著向右移動(dòng)以命中未被訪問的瓦片710。聲明機(jī)器人R2將已經(jīng)發(fā)現(xiàn)未被訪問的瓦片710的事實(shí)與路徑(DR) —起向其他機(jī)器人廣播。機(jī)器人R1接收到之前未被訪問的瓦片710的通知，并且機(jī)器人R1將瓦片指示符從未被訪問(X)變更為被R2訪問(V R2)。
[0040]圖8示出在檢測(cè)到之前未被訪問的瓦片710之后由機(jī)器人R2繼續(xù)執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500。如圖8所示，機(jī)器人R2將其搜索樹折疊為與之前未被訪問的瓦片710相關(guān)聯(lián)的單個(gè)點(diǎn)，使得在下一次迭代中，機(jī)器人R2的BFS可以在該點(diǎn)重新開始。
[0041]圖9示出在R1擴(kuò)展其BFS以發(fā)現(xiàn)新的未被訪問的瓦片910時(shí)在第四次迭代期間由機(jī)器人R1繼續(xù)執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500。如圖9所示，機(jī)器人R1在第四次迭代期間使用向右移動(dòng)、緊接著向上移動(dòng)、緊接著兩次連續(xù)的向右移動(dòng)(RURR)而命中未被訪問的瓦片910。聲明機(jī)器人R1將已經(jīng)發(fā)現(xiàn)未被訪問的瓦片910的事實(shí)與路徑(RURR) —起向其他機(jī)器人廣播。機(jī)器人R2接收到之前未被訪問的瓦片910的通知，并且機(jī)器人R2將瓦片指示符從未被訪問(X)變更為被R1訪問(V札)。
[0042]圖10示出在檢測(cè)到之前未被訪問的瓦片910之后由機(jī)器人R1繼續(xù)執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500。如圖10所示，機(jī)器人&將其搜索樹折疊為與之前未被訪問的瓦片910相關(guān)聯(lián)的單個(gè)點(diǎn)，使得在下一次迭代中，機(jī)器人R1的BFS可以在該點(diǎn)重新開始。
[0043]圖11示出在R1擴(kuò)展其BFS以發(fā)現(xiàn)新的未被訪問的瓦片1110時(shí)在第五次迭代期間由機(jī)器人R1繼續(xù)執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500。如圖11所示，機(jī)器人&在第五次迭代期間使用移動(dòng)序列(RURRR)而命中未被訪問的瓦片1110。聲明機(jī)器人R1將已經(jīng)發(fā)現(xiàn)未被訪問的瓦片1110的事實(shí)與路徑(RURRR) —起向其他機(jī)器人廣播。機(jī)器人R2接收到之前未被訪問的瓦片1110的通知，并且機(jī)器人R2將瓦片指示符從未被訪問(X)變更為被R1訪問(V R1)。
[0044]圖12示出在第五次迭代期間由機(jī)器人R2繼續(xù)執(zhí)行廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500。如圖12所示，機(jī)器人R2已經(jīng)將之前未被訪問的瓦片1110的指示符從未被訪問(X)變更為被R1訪問(V R1) ο
[0045]圖13示出在完成廣度優(yōu)先搜索路徑確定過程500之后機(jī)器人R1和R2的最終路徑，其中所有瓦片現(xiàn)在被標(biāo)記為被訪問。
[0046]根據(jù)示例性實(shí)施例，每個(gè)機(jī)器人還具有視覺組件例如安裝的相機(jī)。在規(guī)則網(wǎng)格(例如鋪有瓦片)的房間例如數(shù)據(jù)中心的上下文中，機(jī)器人的視覺組件負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)器人相對(duì)于瓦片中心的“姿勢(shì)”，并負(fù)責(zé)確定機(jī)器人期望調(diào)查的下一瓦片是可訪問的還是阻隔的(例如，因?yàn)樵撏咂辉O(shè)備占用或者被阻塞)。機(jī)器人的姿勢(shì)是機(jī)器人相對(duì)于在瓦片中心指向前方的“正交”方向的位置和方向。指向前方的正交方向是與機(jī)器人的預(yù)期推算精確對(duì)齊的方向(從一個(gè)瓦片的中心到第二相鄰?fù)咂闹行?，使得如果機(jī)器人直接向前移動(dòng)，它將沿著與瓦片邊界垂直(正交)的路徑跨越瓦片之間的邊界，并到達(dá)它期望去往或者它期望檢查的第二瓦片的中心，目的是確定第二瓦片是否是可訪問的。這假設(shè)連接兩個(gè)相鄰?fù)咂闹行牡?理論)直線與兩個(gè)瓦片之間的邊界垂直(正交)，在數(shù)據(jù)中心中這是典型的情況。
[0047]在數(shù)據(jù)中心的上下文中，視覺組件專門檢測(cè)瓦片邊界，確定機(jī)器人離瓦片邊界的距離(且由此確定機(jī)器人離瓦片中心的距離)，確定機(jī)器人當(dāng)前與和下一瓦片邊界正交的線所成的角度，并確定機(jī)器人所朝向的方向上的下一瓦片是否被占用或可訪問。根據(jù)示例性實(shí)施例，機(jī)器人自動(dòng)地確定例如瓦片邊界以及瓦片是否可訪問或被阻塞。對(duì)機(jī)器人編程以執(zhí)行該任務(wù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的，且因此不會(huì)在這里進(jìn)一步描述。為了定向的目的，機(jī)器人具有視覺組件(例如相機(jī))面向的方向所確定的指向前方的方向。該指向前方的方向還與機(jī)器人被指示向前移動(dòng)時(shí)的前輪方向?qū)R(即在機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)，不只是輪子而是整個(gè)裝置在旋轉(zhuǎn))。
[0048]在不能確保瓦片的網(wǎng)格布局的更一般的設(shè)施中，一種選擇是放置alpha或beta發(fā)射粒子的良好的長(zhǎng)方形網(wǎng)格(例如具有6英寸乘6英寸的單元大小的網(wǎng)格)以模擬瓦片、并隨后(在回溯時(shí))使機(jī)器人使用與使用安裝的網(wǎng)絡(luò)攝像頭的方法類似的方法來檢測(cè)alpha或beta發(fā)射粒子的網(wǎng)格。盡管網(wǎng)絡(luò)攝像頭自身不能夠檢測(cè)alpha或beta粒子，但是一旦知道alpha或beta粒子的位置(例如使用alpha或beta檢測(cè)器例如薄膜Geiger-Muller計(jì)數(shù)器)，網(wǎng)絡(luò)攝像頭就可以在alpha或beta粒子附近拍攝快照，并且機(jī)器人可以保存由alpha或beta粒子以及周圍環(huán)境所確定的正方形的記錄，使得下一次機(jī)器人可以合理地導(dǎo)航回來。
[0049]該人工放置的網(wǎng)格即虛擬瓦片可以用于標(biāo)記機(jī)器人已經(jīng)處于哪里、以及記錄例如虛擬瓦片上的最佳優(yōu)先A*搜索(見Peter Hart等人的“A Formal Basis for the HeuristicDetermination of Minimum Cost Paths，，，SIGART Newsletter, 37:28-29 (1972))或深度優(yōu)先搜索樹以確保環(huán)境的完整導(dǎo)航，如果這是合乎期望的話。深度優(yōu)先搜索樹是記錄圖形的所嘗試的完整探索的軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這些虛擬瓦片的情形下，圖形的節(jié)點(diǎn)是虛擬瓦片，并且在深度優(yōu)先搜索樹的一種實(shí)現(xiàn)中，如果兩個(gè)瓦片在瓦片布局中是鄰居(換句話說，如果機(jī)器人可以從瓦片I行進(jìn)到瓦片2而不用經(jīng)過額外的瓦片)，則這兩個(gè)瓦片通過圖形的邊緣來連接。
[0050]為了提供整個(gè)建筑物中的自由移動(dòng)，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，機(jī)器人以電池電源來運(yùn)行。優(yōu)選地，電池是可再充電的并且系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)充電站(未示出)。那樣，如果機(jī)器人在掃描期間電源不足，則機(jī)器人可以進(jìn)入充電站、重新充電、且然后在最后訪問的位置恢復(fù)掃描(見下面)。將移動(dòng)機(jī)器人配置成返回到充電站以重新充電的技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，且因此不在這里進(jìn)一步描述。
[0051]現(xiàn)在將描述可以根據(jù)本教導(dǎo)使用的協(xié)調(diào)機(jī)器人在建筑物中到處移動(dòng)、同時(shí)執(zhí)行必要的傳感器測(cè)量的技術(shù)。在數(shù)據(jù)中心中，例如，對(duì)機(jī)器人移動(dòng)的協(xié)調(diào)在某種程度上通過以下事實(shí)而得到促進(jìn):典型的數(shù)據(jù)中心地板完全由工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兩英尺乘兩英尺的瓦片構(gòu)成。在該情形下，只要可以準(zhǔn)確地分析(地板的由機(jī)器人(見上面)提供的)靜態(tài)照片且由此確定瓦片邊界，就可以使用視頻裝置來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位。僅通過示例，計(jì)算機(jī)或其人類操作員可以分析機(jī)器人拍攝的靜態(tài)圖像，并且可以確定給定瓦片的外邊界所在的位置。
[0052]根據(jù)以下描述將會(huì)很明顯的是，系統(tǒng)可以利用對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)直線瓦片的邊界的識(shí)別來準(zhǔn)確地生成之前對(duì)它來說未知的地板平面圖。
[0053]根據(jù)示例性實(shí)施例，系統(tǒng)利用現(xiàn)有的位置感知技術(shù)，其使用機(jī)載聲吶、激光和視頻中的一個(gè)或多個(gè)，使用即時(shí)定位和地圖構(gòu)建(SLAM)的方法。SLAM過程的核心是使用環(huán)境來更新機(jī)器人的位置。由于機(jī)器人的測(cè)程(其可以被用于給出機(jī)器人的位置的估算)通常會(huì)隨時(shí)間累積誤差或“漂移”，所以不能僅僅依賴它來獲取機(jī)器人的位置。除了測(cè)程之外，激光、聲吶和/或視頻也可以被用于校正機(jī)器人的位置。這是通過使用擴(kuò)展Kalman濾波器提取環(huán)境的特征、然后在機(jī)器人到處移動(dòng)時(shí)重新觀察這些特征來實(shí)現(xiàn)的。在SLAM的文獻(xiàn)中，特征一般被稱為“陸標(biāo)”。擴(kuò)展Kalman濾波器記錄機(jī)器人的位置的不確定性以及它在環(huán)境中看到的陸標(biāo)的不確定性的估算。機(jī)器人使用網(wǎng)絡(luò)攝像頭來導(dǎo)航以及由瓦片邊界引導(dǎo)的在數(shù)據(jù)中心(或其他建筑物/設(shè)施)裝備附近進(jìn)行導(dǎo)航的情形僅僅是更一般的SLAM框架的特殊情形。
[0054]一旦在特定位置取得讀數(shù)，機(jī)器人就使用本發(fā)明的導(dǎo)航技術(shù)移動(dòng)到下一位置。
[0055]這里描述的技術(shù)自然地?cái)U(kuò)展到迄今為止在文獻(xiàn)中還未詳細(xì)考慮但具有實(shí)踐意義的情形，即:
[0056](i)機(jī)器人具有可變的速度；
[0057](ii)機(jī)器人具有可變的質(zhì)量因子一即，機(jī)器人民比某些固定標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人R以因子A進(jìn)行更有效的工作、或者在其監(jiān)視過程中更為徹底。所有監(jiān)視位置必須用最小總體質(zhì)量因子來覆蓋；以及
[0058](iii)環(huán)境的子區(qū)域具有可變的優(yōu)先級(jí)。
[0059]盡管圖2和5示出示例性步驟序列，但是本發(fā)明的實(shí)施例中這些序列也可以變化?？梢灶A(yù)期到算法的各種變更作為本發(fā)明的替代實(shí)施例。
[0060]盡管針對(duì)軟件程序的處理步驟描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯的是，各個(gè)功能可以作為軟件程序中的處理步驟的數(shù)字領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)、通過編程的通用計(jì)算機(jī)以硬件形式實(shí)現(xiàn)、通過電路元件或狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)、或者以軟件和硬件兩者的組合來實(shí)現(xiàn)。這樣的軟件例如可以在硬件設(shè)備諸如數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路、微控制器或通用計(jì)算機(jī)中使用。這樣的硬件和軟件可以在集成電路內(nèi)實(shí)現(xiàn)的電路內(nèi)實(shí)施。
[0061]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明的各個(gè)方面可以實(shí)施為系統(tǒng)、方法或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的各個(gè)方面可以采取以下形式，即:完全的硬件實(shí)施方式、完全的軟件實(shí)施方式(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，或軟件和硬件方面結(jié)合的實(shí)施方式，這里可以統(tǒng)稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，本發(fā)明的各個(gè)方面還可以采取用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上包含有計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。
[0062]可以采用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的任意組合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)或者計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是一但不限于——電、磁、光、電磁、紅外線或半導(dǎo)體的系統(tǒng)、裝置或器件，或者任意以上的適當(dāng)組合。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線的電連接、便攜式計(jì)算機(jī)軟盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲(chǔ)器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式緊湊盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、光存儲(chǔ)器件、磁存儲(chǔ)器件、或者上述的任意合適的組合。在本文件的上下文中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是任何包含或存儲(chǔ)程序的有形介質(zhì)，該程序可以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用。
[0063]計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)可以包括例如在基帶中或者作為載波一部分傳播的數(shù)據(jù)信號(hào)，其中承載了計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。這種傳播的信號(hào)可以采用各種形式，包括但不限于電磁信號(hào)、光信號(hào)或上述的任意合適的組合。計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)還可以是計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)以外的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以發(fā)送、傳播或者傳輸用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用的程序。
[0064]計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上包含的程序代碼可以用任何適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)傳輸，包括但不限于無線、有線、光纜、RF等等，或者上述的任意合適的組合。
[0065]可以以一種或多種程序設(shè)計(jì)語言的任意組合來編寫用于執(zhí)行本發(fā)明各方面的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼，所述程序設(shè)計(jì)語言包括面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言(諸如Java、Smalltalk^++等)，還包括常規(guī)的過程式程序設(shè)計(jì)語言(諸如“C”程序設(shè)計(jì)語言或類似的程序設(shè)計(jì)語言)。程序代碼可以完全地在用戶計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、部分地在用戶計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、作為獨(dú)立的軟件包執(zhí)行、部分在用戶計(jì)算機(jī)上部分在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、或者完全在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上執(zhí)行。在涉及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的情形中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過任意種類的網(wǎng)絡(luò)一包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)—連接到用戶計(jì)算機(jī)，或者，可以連接到外部計(jì)算機(jī)(例如利用因特網(wǎng)服務(wù)提供商來通過因特網(wǎng)連接)。
[0066]下面參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或框圖描述了本發(fā)明的各方面。應(yīng)當(dāng)理解的是，流程圖和/或框圖的每個(gè)方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)。這些計(jì)算機(jī)程序指令可以提供給通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，從而生產(chǎn)出一種機(jī)器，使得這些計(jì)算機(jī)程序指令在通過計(jì)算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行時(shí)，產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)流程圖和/或 框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作的裝置。
[0067]也可以把這些計(jì)算機(jī)程序指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，這些指令可以使得計(jì)算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其他設(shè)備以特定方式工作，使得存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的指令產(chǎn)生包括實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作的指令的制造品°
[0068]計(jì)算機(jī)程序指令還可以加載到計(jì)算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其他設(shè)備上，以使一系列操作步驟在計(jì)算機(jī)、其它可編程裝置或其他設(shè)備上被執(zhí)行以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程，使得在計(jì)算機(jī)或其它可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作的處理。
[0069]圖14是可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)1400的框圖。如圖14所示，存儲(chǔ)器1430將處理器1420配置成(共同地，如圖14中的1480所示)實(shí)現(xiàn)這里公開的機(jī)器人導(dǎo)航方法、步驟和功能。存儲(chǔ)器1430可以是分布的或本地的，并且處理器1420可以是分布的或單獨(dú)的。存儲(chǔ)器1430可以被實(shí)現(xiàn)為電、磁或光存儲(chǔ)器，或者這些或其他類型的存儲(chǔ)設(shè)備的任意組合。應(yīng)該注意的是，構(gòu)成處理器1420的每個(gè)分布式處理器一般包含其自身的可尋址存儲(chǔ)器空間。還應(yīng)注意的是，某些或所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200可以被包含在個(gè)人計(jì)算機(jī)、膝上計(jì)算機(jī)、手持計(jì)算設(shè)備、專用電路或通用集成電路中。
[0070]附圖中的流程圖和框圖示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，流程圖或框圖中的每個(gè)方框可以代表模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個(gè)或多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意的是，在有些替代性實(shí)現(xiàn)中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個(gè)連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時(shí)也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個(gè)方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動(dòng)作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計(jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0071]應(yīng)理解的是，這里示出和描述的實(shí)施例和變型僅是本發(fā)明的原理的舉例說明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)各種改型而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在環(huán)境中導(dǎo)航多個(gè)機(jī)器人的方法，包括: 為所述機(jī)器人中的每一個(gè)確定導(dǎo)航緩沖區(qū)；以及 使所述多個(gè)機(jī)器人中的每一個(gè)能夠在與其他機(jī)器人保持基本上最小的距離的同時(shí)在所述環(huán)境內(nèi)導(dǎo)航，其中所述基本上最小的距離對(duì)應(yīng)于所述導(dǎo)航緩沖區(qū)的大小，其中基于所述環(huán)境的仍然有待導(dǎo)航的百分比，隨著時(shí)間減小所述導(dǎo)航緩沖區(qū)中的每一個(gè)的大小。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中與所述環(huán)境的所述仍然有待導(dǎo)航的百分比成正比地減小所述導(dǎo)航緩沖區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)即k個(gè)導(dǎo)航緩沖區(qū)被初始化為初始導(dǎo)航緩沖區(qū)，以便將k個(gè)基本均一的導(dǎo)航緩沖區(qū)裝配在所述環(huán)境內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述環(huán)境的所述仍然有待導(dǎo)航的百分比是估算的值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)航緩沖區(qū)中的至少一個(gè)的所述大小是基于所述對(duì)應(yīng)機(jī)器人的速度確定的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)航緩沖區(qū)中的每一個(gè)包括圍繞所述對(duì)應(yīng)機(jī)器人的給定半徑的圓。
7.一種用于在環(huán)境中導(dǎo)航多個(gè)機(jī)器人的方法，包括: 獲取將所述環(huán)境劃分為多個(gè)離散區(qū)域的離散化；以及 使用廣度優(yōu)先搜索為所述多個(gè)機(jī)器人中的一個(gè)確定要在所述示例性環(huán)境中探索的下一未被訪問的離散區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述確定步驟由所述多個(gè)機(jī)器人中的每一個(gè)執(zhí)行。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述確定步驟由至少一個(gè)處理器執(zhí)行，并且將所述確定步驟的結(jié)果提供給所述多個(gè)機(jī)器人中的每一個(gè)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述多個(gè)離散區(qū)域包括多個(gè)真實(shí)或虛擬瓦片。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述環(huán)境包括已知的環(huán)境。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述確定步驟還包括以下步驟:每個(gè)機(jī)器人每次在所有可能的方向上采取進(jìn)入所述離散區(qū)域中的一個(gè)的假想步驟，以及保持路徑的廣度優(yōu)先搜索樹直到一個(gè)機(jī)器人到達(dá)所述下一未被訪問的離散區(qū)域。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述確定步驟還包括以下步驟:所述一個(gè)機(jī)器人向所述多個(gè)機(jī)器人中的其他機(jī)器人聲明:所述一個(gè)機(jī)器人已經(jīng)在所述廣度優(yōu)先搜索樹中到達(dá)所述下一未被訪問的離散區(qū)域；所述多個(gè)機(jī)器人中的所述其他機(jī)器人確定是否與所述一個(gè)機(jī)器人存在沖突；以及所述一個(gè)機(jī)器人使所述廣度優(yōu)先搜索樹折疊為所述下一未被訪問的離散區(qū)域的單個(gè)點(diǎn)。
14.一種用于在環(huán)境中導(dǎo)航多個(gè)機(jī)器人的裝置，所述裝置包括: 存儲(chǔ)器；以及 至少一個(gè)硬件設(shè)備，其耦合到所述存儲(chǔ)器，并可操作地: 為所述機(jī)器人中的每一個(gè)確定導(dǎo)航緩沖區(qū)；以及 使所述多個(gè)機(jī)器人中的每一個(gè)能夠在與其他機(jī)器人保持基本上最小的距離的同時(shí)在所述環(huán)境內(nèi)導(dǎo)航，其中所述基本上最小的距離對(duì)應(yīng)于所述導(dǎo)航緩沖區(qū)的大小，其中基于所述環(huán)境的仍然有待導(dǎo)航的百分比，隨著時(shí)間減小所述導(dǎo)航緩沖區(qū)中的每一個(gè)的大小。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中與所述環(huán)境的所述仍然有待導(dǎo)航的百分比成正比地減小所述導(dǎo)航緩沖區(qū)。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述機(jī)器人采用一個(gè)或多個(gè)傳感器來執(zhí)行所述環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量。
17.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述多個(gè)即k個(gè)導(dǎo)航緩沖區(qū)被初始化為初始導(dǎo)航緩沖區(qū)，以便將k個(gè)基本均一的導(dǎo)航緩沖區(qū)裝配在所述環(huán)境內(nèi)。
18.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述環(huán)境的所述仍然有待導(dǎo)航的百分比是估算的值。
19.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述導(dǎo)航緩沖區(qū)中的至少一個(gè)的大小是基于所述對(duì)應(yīng)機(jī)器人的速度確定的。
20.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述導(dǎo)航緩沖區(qū)中的每一個(gè)包括圍繞所述對(duì)應(yīng)機(jī)器人的給定半徑的圓。
21.一種用于在環(huán)境中導(dǎo)航多個(gè)機(jī)器人的裝置，包括: 存儲(chǔ)器；以及 至少一個(gè)硬件設(shè)備，其耦合到所述存儲(chǔ)器，并可操作地: 獲取將所述環(huán)境劃分為多個(gè)離散區(qū)域的離散化；以及 使用廣度優(yōu)先搜索為所述多個(gè)機(jī)器人中的一個(gè)確定要在所述示例性環(huán)境中探索的下一未被訪問的離散區(qū)域。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述確定由所述多個(gè)機(jī)器人中的每一個(gè)執(zhí)行。
23.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述確定由至少一個(gè)處理器執(zhí)行，并且將所述確定的結(jié)果提供給所述多個(gè)機(jī)器人中的每一個(gè)。
24.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述環(huán)境包括已知的環(huán)境。
25.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述確定步驟還包括以下步驟:每個(gè)機(jī)器人每次在所有可能的方向上采取進(jìn)入所述離散區(qū)域中的一個(gè)的假想步驟，以及保持路徑的廣度優(yōu)先搜索樹直到一個(gè)機(jī)器人到達(dá)所述下一未被訪問的離散區(qū)域。
【文檔編號(hào)】G06G7/78GK104040560SQ201280066718
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月12日
【發(fā)明者】郭尚青, C·伊什奇, J·倫克納, M·慕克爾吉 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司