用于多个机器人的移动控制方法以及其系统与流程

本发明涉及一种用于多个机器人的移动控制方法以及其系统。

背景技术：

随着科技的进步，机器人在生活上的应用已相当地广泛。而响应于同一个空间中有多个机器人同时在执行任务时，已知技术通过激光、光学镜头或者检测信号的强度来判断两个机器人是否会发生碰撞。然而，由于激光或者光学镜头有检测死角或者盲点，且信号强度的判断可能无法很精准地检测机器人的实际位置，仍有可能会发生碰撞的情况。因此，如何在碰撞发生前即提前执行闪避策略为目前所需解决的问题。

技术实现要素：

本发明一实施例提供一种用于多个机器人的移动控制方法，步骤包括：取得对应于一第一机器人的一第一运作状态以及一第一预测移动路径；取得对应于一第二机器人的一第二运作状态以及一第二预测移动路径；判断第一预测移动路径以及第二移动路径是否有重叠或邻接的区段；响应于第一预测移动路径以及第二移动路径具有重叠或邻接的区段时，判断对应于重叠或邻接的区段的第一机器人的第一预测时间以及第二机器人的第二预测时间的差异是否小于一既定时间；以及响应于第一预测时间以及第二预测时间的差异小于既定时间时，根据第一运作状态以及第二运作状态改变第一机器人的一第一移动状态或者第二机器人的一第二移动状态。

本发明另一实施例提供一种用于多个机器人的移动控制系统，包括一控制端以及多个机器人。控制端包括一第一存储单元以及一第一处理单元。第一存储单元存储一任务地图。第一处理单元用以将任务地图分割为多个任务区域、将任务区域分给多个机器人以及根据每个机器人的一运作状态以及一预测移动路径判断两个机器人之间是否有重叠或邻接的区段。其中，响应于两个机器人具有重叠或邻接的区段时，第一处理单元更判断对应于重叠或邻接的区段的两个机器人的预测时间的差异是否小于一既定时间。以及，响应于两个机器人的预测时间的差异小于既定时间时，根据两个机器人的运作状态输出一控制信号以改变两个机器人中的一个的一移动状态。其中，每个机器人包括一第二存储单元以及一第二处理单元。第二存储单元用以存储自控制端所接收到的任务区域。第二处理单元用以根据任务区域决定运作状态以及产生预测移动路径，以及根据控制信号改变移动状态。

根据本发明一实施例，其中响应于第一运作状态为跨区移动以及第二运作状态亦为跨区移动时，第一预测时间以及第二预测时间中较晚中的一个所对应的第一机器人或者第二机器人在到达重叠或邻接的区段时，暂时停止在重叠或邻接的区段的一起点前，其中跨区移动为自一任务区域移动至另一任务区域。

根据本发明另一实施例，其中响应于第一预测时间以及第二预测时间中较晚的一个所对应的第一机器人的第一预测移动路径或者第二机器人的第二预测移动路径被阻挡时，改变第一预测移动路径或者第二预测移动路径。

根据本发明另一实施例，其中响应于第一运作状态为执行清扫任务以及第二运作状态亦为执行清扫任务时，第一预测时间以及第二预测时间中较晚的一个所对应的第一机器人或者第二机器人在到达重叠或邻接的区段时，暂时停止在重叠或邻接的区段的一起点前。

根据本发明另一实施例，其中响应于第一运作状态为跨区移动以及第二运作状态为执行清扫任务时，第一机器人改变第一预测移动路径、改变第一机器人的下一个任务区域或者在到达重叠或邻接的区段时暂时停止在重叠或邻接的区段的一起点前。

附图说明

图1是显示根据本发明一实施例所述的用于多个机器人的移动控制系统的系统架构图。

图2是显示根据本发明另一实施例所述的用于多个机器人的移动控制系统的系统架构图。

图3a～3c是显示根据本发明一些实施例所述的机器人的的预测移动路径的示意图。

图4a～4d是显示根据本发明一实施例所述的机器人闪避策略的示意图。

图5a～5d是显示根据本发明另一实施例所述的机器人闪避策略的示意图。

图6是显示根据本发明另一实施例所述的机器人闪避策略的示意图。

图7是显示根据本发明一实施例所述的用于多个机器人的移动控制方法的示意图。

【符号说明】

110～控制端

120a～120n～机器人

311、321、331、411、421、511、521、611、621～移动起点

312、322、332、412、422、512、612、622～移动终点

350～障碍物

510～540～任务区域

512～对应于另一个任务区域的移动终点

651、652～邻接的区段

713、723～邻接的区段的起点

s701～s708～步骤流程

具体实施方式

有关本发明的用于多个机器人的移动控制方法以及其系统适用的其他范围将在接下来所提供的详述中清楚易见。必须了解的是下列的详述以及具体的实施例，当提出有关用于多个机器人的移动控制方法以及其系统的示范实施例时，仅作为描述的目的以及并非用以限制本发明的范围。

图1是显示根据本发明一实施例所述的机器人任务区域分配系统的系统架构图。任务分配系统可包括一控制端110以及多个机器人120a～120n。控制端110可实施于在例如桌上型计算机、笔记型计算机、平板计算机或者智能手机等的电子装置中，且至少包含一第一处理单元、一第一存储单元以及一第一通信接口。第一处理单元可通过多种方式实施，例如以专用硬件电路或者通用硬件(例如，单一处理器、具平行处理能力的多处理器、图形处理器或者其它具有运算能力的处理器)，且在执行程序代码或者软件时，提供之后所描述的功能。第一存储单元用以存储至少一任务地图以及与任务相关的信息等，以供第一处理单元在执行相关运算时进行存取接入。其中，第一存储单元可为硬盘、快闪存储器、rom等非易失性存储装置。此外，第一通信接口可为一无线通信接口(未显示)，无线通信接口可为局域网络(localareanetwork，lan)通信模块、无线局域网络通信模块(wlan)或蓝牙(bluetooth)通信模块等，用以与机器人120a～120n交换各种信号以及数据。在一具体实施例中，机器人120a～120n为扫地机器人或者其它可根据指令执行清扫任务的清洁装置等。

每个机器人120a～120n至少包含一第二处理单元、一第二存储单元以及一第二通信接口。同样地，第二处理单元可通过多种方式实施，例如以专用硬件电路或者通用硬件，且在执行程序代码或者软件时，提供之后所描述的功能。第二存储单元可为硬盘、快闪存储器、rom等非易失性存储装置，用以存储任务地图和/或通过第二通信接口自控制端110所接收到的与清扫任务相关的指令以及信息等。第二处理单元用以根据接收到的任务地图驱动马达以致使机器人执行清扫任务，或者执行与清扫任务相关的计算(例如决定预测移动路径以及计算对应于预测移动路径的每个位置的预测时间)。

根据本发明一实施例，在启动每个机器人120a～120n后，每个机器人120a～120n首先将自身位于任务地图中的位置发送至控制端110。其中，每个机器人120a～120n在任务地图中的位置可通过以下的方式取得，例如通过使用者自行将每个机器人120a～120n的位置(例如坐标或相对位置)输入至控制端110中、直接根据任务区域的位置将每个机器人120a～120n置放于下一任务区域的起点、或者藉由机器人120a～120n所内建的至少一传感器通过同步定位与地图构建(simultaneouslocalizationandmapping，slam))方式在任务地图中进行定位等，但本发明并不以此为限。而在取得每个机器人120a～120n的位置后，控制端110通过第一通信接口将任务区域发送给每个机器人120a～120n，使得每个机器人120a～120n可根据任务区域决定对应的预测移动路径并产生对应于预测移动路径的每个位置的预测时间等。每个机器人120a～120n在完成计算预测移动路径以及预测时间后，会将预测移动路径以及预测时间通过第二通信接口回传至控制端110，以供控制端110判断机器人120a～120n之间的预测移动路径是否有重叠或邻接的区段，以及响应于控制端110判断两个机器人之间有重叠或邻接的区段时，控制端110将会发送控制信号以改变机器人120a～120n的移动状态。

图2是显示根据本发明另一实施例所述的用于多个机器人的移动控制系统的系统架构图。其中，每个机器人120a～120n至少包含一第二处理单元、一第二存储单元以及一第二通信接口。同样地，第二处理单元、第二存储单元以及第二通信接口的配置如前所述，在此即不加以描述以精简说明。此外，机器人120a～120n中的一个会被设定为领导者，而领导者机器人会将任务地图切割为多个任务区域，并将任务区域分派给其它机器人，使得每个机器人120a～120n可根据任务地图计算对应的预测移动路径以及对应于预测移动路径的每个位置的预测时间等。每个机器人120a～120n在完成计算预测移动路径以及预测时间后，会将预测移动路径以及预测时间通过第二通信接口与发送给其它机器人，使得每个机器人120a～120n在预测移动路径与其它机器人的预测移动路径重叠或邻接时，可根据对应于其它机器人的运作状态、预测移动路径以及预测时间决定后续的动作。

图3a～3c是显示根据本发明一些实施例所述的机器人的移动路径的示意图。在本发明一些实施例中，响应于机器人的运作状态为执行清扫任务时，可以沿墙(wallfollowing)行为模式或者牛耕(boustrophedon)模式在任务区域中移动。举例来说，图3a是显示沿墙行为模式的示意图。如图所示，机器人的移动起点为方格311以及移动终点为方格321，而机器人如图中箭头所示沿着任务区域的边缘行走。其中，响应于机器人遇到障碍物时，亦会沿着障碍物的边缘行走。

图3b是显示牛耕模式的示意图。如图所示，机器人的移动起点为方格321以及移动终点为方格322，而机器人将如图中箭头所示来回移动以清扫整个任务区域。

图3c是显示跨区移动的移动路径的示意图。当机器人跨区移动时，将以最少的转弯次数到达下一个任务区域。举例来说，响应于机器人自方格331移动至方格332时，图中箭头所示的移动路径为可避开障碍物350、转弯次数最少且移动距离最短的路径。

图4a～4d是显示根据本发明一实施例所述的机器人闪避策略的示意图。在此一实施例中，两个机器人的运作状态皆为跨区移动。其中，跨区移动指机器人已完成当前任务区域的清扫任务，并从当前任务区域移动至下一个任务区域的动作。如图4a所示，方格411为第一机器人的移动起点，以及方格412为第一机器人的移动终点，而图中所示的箭头则为第一机器人的预测移动路径。请参阅图4b，在图4b中，方格421为第二机器人的移动起点，以及方格422为第二机器人的移动终点，而图中所示的箭头则为第二机器人的预测移动路径。配合参阅第4a、4b图的内容，图4c中区域450为第一机器人以及第二机器人两者的预测移动路径重叠的区段，控制端110或者领导者机器人将进一步地根据第一机器人以及第二机器人进入区域450的预测时间(即第一机器人以及第二机器人走至图4c所示的方格451的预测时间)判断第一机器人是否会与第二机器人碰撞。

根据本发明一实施例，响应于第一机器人比第二机器人还晚到达方格451，且两者到达方格451的时间差异小于既定时间时(在一具体实施例，当机器人的速度为20厘米/秒，上述既定时间例如为5秒或5秒至10秒之一区间)，第一机器人将暂时停止在方格451前(例如停在图4c所示的方格413的位置)，直到第二机器人离开区域450或者进入区域450一既定时间(例如到达方格452的位置)后，第一机器人再进入区域450中，并移动至移动终点412的位置。

根据本发明另一实施例，响应于第二机器人比第一机器人还晚到达方格451，且两者到达方格451的时间差异小于既定时间时，第二机器人将暂时停止在方格451前(例如停在图4c所示的方格423的位置)，直到第一机器人离开区域450或者进入区域450既定时间(例如到达方格452的位置)后，第二机器人再进入区域450中。然而，根据图4c的内容，由于第一机器人的移动终点412位于第二机器人的预测移动路径上，且若第一机器人较第二机器人先移动，第二机器人原先的预测移动路径将会被第一机器人所阻挡。此时，第二机器人的第二处理单元将重新规划一新的预测移动路径(如第4d图中箭头所示)，以避免与第一机器人发生碰撞。

图5a～5d是显示根据本发明另一实施例所述的机器人闪避策略的示意图。在此一实施例中，第一机器人的运作状态为跨区移动，以及第二机器人的运作状态为执行清扫任务。其中，如图5a所示，第一机器人预自任务区域510移动至任务区域530，以及第二机器人在任务区域520中执行清扫任务。在本发明的实施例中，为了避免降低机器人执行清扫任务的效率，响应于执行清扫任务的机器人的预测移动路径与跨区移动的机器人的预测移动路径具有重叠的区段时，执行清扫任务的机器人相较于跨区移动的机器人具有较高的优先权。换句话说，跨区移动的机器人必须让执行清扫任务的机器人优先完成清扫任务。因此，在本发明的一实施例中，如图5b所示，第一机器人将其预测移动路径改变为绕过任务区域520，而不穿越任务区域520(如图中箭头所示)，以避免影响第二机器人执行清扫任务。

根据本发明另一实施例，第一机器人也可根据第二机器人的预测移动路径以及预测时间避开第二机器人正在清扫的区域，以避免与第二机器人碰撞。举例来说，如图5c所示，响应于第二机器人正在清扫任务区域520右半边的区域时(例如第二机器人当前位于方格521的位置)，由于任务区域520左半边仍具有足够的空间可供第一机器人移动，因此第一机器人可选择直接穿越任务区域520左半边的预测移动路径(如图中箭头所示)。

或者，根据本发明另一实施例，响应于第一机器人具有其它未完成的任务区域时(例如如第5d图中任务区域540所示)，由于第一机器人自任务区域510移动至任务区域540的最短移动距离并不会穿越任务区域520，因此第一机器人也可选择将下一个任务区域自任务区域530改变至任务区域540(移动至位于任务区域540的方格512’的位置)(如图中箭头所示)，以避免预测移动路径与第二机器人的预测移动路径具有重叠的区段。

值得注意的是，响应于前述三种实施例对第一机器人而言皆为可执行时，第一机器人可分别计算执行三种实施例所需花费的时间，并执行时间最短的一个所对应的方案。

此外，根据本发明另一实施例，响应于第一机器人没有其它可绕过任务区务520的移动路径、没有其它未完成的任务区域或者完全无法避开第二机器人的当前清扫区域时(例如任务区域为狭长的走廊且两个机器人无法错开移动的情况)，则第一机器人暂时停止在当前位置(如第5d图中所示的方格511)，直到第二机器人完成任务区域520的清扫任务并离开任务区域520为止，第一机器人再穿越任务区域520至任务区域530以执行下一个清扫任务。

图6是显示根据本发明另一实施例所述的机器人闪避策略的示意图。在此一实施例中，第一机器人以及第二机器人的运作状态皆为执行清扫任务。如图6所示，第一机器人的移动起点为611，并沿着图中箭头所示的方向移动至移动终点612，以及第二机器人的移动起点为621，并沿着图中箭头所示的方向移动至移动终点622。而根据图6的内容，第一机器人的预测移动路径与第二机器人的预测移动路径具有邻接的区段(如图中区段651以及区段652所示)。其中，由于机器人具有既定的体积，因此当两个机器人同时进入邻接的区段时，将可能发生碰撞的情况。为了避免碰撞情况产生，控制端110或者领导者机器人将进一步地判断第一机器人以及第二机器人进入区域450所分别对应的预测时间的差异是否小于既定时间。其中，图6中方格中所示的数字为预测移动路径上每个位置所对应的预测时间。在此一实施例中，第一机器人与第二机器人同时自各自的起点出发，而第一机器人预测在第2个时间点进入邻接的区段651，以及第二机器人预测在第3个时间点进入邻接的区段652。由于第一机器人与第二机器人分别进入邻接的区段的预测时间仅相差1秒(小于预设的既定时间)，且两者的行进方向为相对的，因此较晚进入邻接的区段的机器人将暂时停止在邻接的区段前，以避免两个机器人发生碰撞的情况。举例来说，在此一实施例中，由于第二机器人较晚进入邻接的区段652，因此第二机器人将暂时停止在方格623前一格的位置(即方格624)，直到第一机器人离开邻接的区段651为止。

图7是显示根据本发明一实施例所述的用于多个机器人的移动控制方法的示意图。首先，在步骤s701，控制端111或者领导者机器人将任务地图切割为多个任务区域，并将任务区域分配给多个机器人。在步骤s702，每个机器人根据任务区域决定对应于每个机器人的运作状态并计算预测移动路径。在步骤s703，控制端110或者领导者机器人判断每个机器人的预测移动路径是否与其它机器人的预测移动路径有重叠或邻接的区段。其中，响应于两个机器人的预测移动路径具有重叠或者邻接的区段时，进入步骤s704，控制端110或者领导者机器人更判断两个机器人分别对应于重叠或邻接的区段的预测时间的差异是否小于既定时间。其中，响应于两个机器人的预测移动路径不具有重叠或者邻接的区段，或者响应于两个机器人分别对应于重叠或邻接的区段的预测时间的差异大于或等于既定时间时，则进入步骤s705，两个机器人维持当前的运作状态，并沿着预测移动路径移动或者执行当前的清扫任务。

此外，响应于两个机器人的预测移动路径具有重叠或者邻接的区段，且两个机器人对应于重叠或邻接的区段的预测时间的差异小于既定时间时，控制端110或者领导者机器人更进一步地判断其所分别对应的运作状态。而响应于两个机器人的运作状态皆为跨区移动或者执行清扫任务时，进入步骤s706，两个机器人中预测移动路径所对应的预测时间较晚的一个在到达重叠或邻接的区段时，暂时停止在重叠或邻接的区段的起点前，直到距离另一机器人一既定距离或另一机器人进入重叠或邻接的区段经过既定时间。而响应于一机器人的运作状态为跨区移动，以及另一机器人的运作状态为执行清扫任务时，进步步骤s707，运作状态为跨区移动所对应的机器人改变其原先的预测移动路径、改变下一个任务区域或者在到达重叠或邻接的区段时暂时停止在重叠或邻接的区段的起点前。

值得注意的是，在上述示例性装置中，尽管上述方法已在使用一系列步骤或方框的流程图的基础上描述，但本发明不局限于这些步骤的顺序，并且一些步骤可不同于其余步骤的顺序执行或其余步骤可同时进行。此外，本领域技术人员将理解在流程图中所示的步骤并非唯一的，其可包括流程图的其他步骤，或者一或多个步骤可被删除而不会影响本发明的范围。

本发明的方法，或特定形态或其部分，可以以程序代码的形态存在。程序代码可以包含在物理介质，如软盘、光盘、硬盘、或是任何其他机器可读取(如计算机可读)存储介质，亦或不限于外在形式的计算机程序产品，其中，当程序代码被机器，如计算机载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。程序代码也可通过一些传送介质，如电线或电缆线、光纤、或是任何传输形态进行传送，其中，当程序代码被机器，如计算机接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理单元实作时，程序代码结合处理单元提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。

综上所述，根据本发明一些实施例所述的用于多个机器人的移动控制方法以及其系统，响应于任务地图中有多个机器人时，控制端或者领导者机器人可在接收到每个机器人的预测移动路径后，以及在两个机器人移动到重叠或邻接的区段前，根据机器人进入重叠或邻接的区段所对应的预测时间致使两个机器人中的一个执行适当的闪避策略，以避免两个机器人发生碰撞的情况。此外，响应于跨区移动的机器人的预测移动路径与执行清扫任务的机器人的预测移动路径重叠时，通过将移动路径的使用权优先分配给执行清扫任务的机器人、或者直接改变跨区移动的机器人的预测移动路径，将可避免影响正在执行清扫任务的机器人的工作效率。

以上叙述许多实施例的特征，使本领域技术人员能够清楚理解本说明书的形态。本领域技术人员能够理解其可利用本发明揭示内容为基础以设计或更动其他工艺及结构而完成相同于上述实施例的目的和/或达到相同于上述实施例的优点。本领域技术人员亦能够理解不脱离本发明的精神和范围的等效构造可在不脱离本发明的精神和范围内作任意的更动、替代与润饰。