CN101953172A - 分布式多机器人系统 - Google Patents

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CN101953172A CN2009801052566A CN200980105256A CN101953172A CN 101953172 A CN101953172 A CN 101953172A CN 2009801052566 A CN2009801052566 A CN 2009801052566A CN 200980105256 A CN200980105256 A CN 200980105256A CN 101953172 A CN101953172 A CN 101953172A
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Abstract

提供了一种系统，该系统包括至少一个管理器和被配置为无线通信的一个或多个机器人。所述管理器可包括生成一个或多个机器人所使用的数据、指令或数据和指令两者的一些功能。管理器还可以帮助多个机器人之间进行通信，或者机器人也可以被配置为直接通信。

Description

分布式多机器人系统
技术领域
本发明理念涉及具有多个机器人的机器人系统的设计、构造、功能和方法，并且更具体地，涉及能够与机器人通信或在机器人之间通信的系统和方法。
背景技术
传统上，客户服务机器人的构造由机器(该机器包括服务任务所需的所有物理执行器)以及需要用来执行服务任务的感知和计算系统组成。这造成服务机器人具有高昂的价格和功能局限。而且，造成了严重的设计局限，每个机器人需要在大量的场所环境中胜任地提供相同的功能。
在这点上，机器人有意想要自制且在目的上单一化——因为他们不想以面向任何服务的方式进行交互。服务机器人可以被引入到家庭中，且例如可以根据机器人的板上(on-board)预设算法来服务于家庭。在一定程度上，机器人具有实时适应能力，但常常会局限于对象检测和躲避。
发明内容
根据本发明的多个方面，提供了一种机器人系统构造、设计和方法，其能够创建和使用比通常使用的服务机器人简单得多的服务机器人。为此，许多板上机器人功能可以作为场所内顺次或同时执行功能的任意数目的机器人的共享中央资源被提供。
可以提供一种系统，该系统包括至少一个管理器和多个被配置为无线通信的机器人。管理器可以包括生成一个或多个机器人所使用的数据、指令或数据和指令两者的一些功能。管理器还可以帮助在多个机器人之间进行通信，或者机器人也可以被配置为直接通信。
根据本发明的一个方面，提供了一种分布式多机器人系统。该系统包括：机器人管理器，该机器人管理器具有发送和接收机器人信息的无线通信模块；以及多个机器人，每个机器人具有被配置为结合机器人服务功能的执行而与机器人管理器进行通信的无线通信模块。
机器人管理器可以包括地图绘制和导航模块，该地图绘制和导航模块被配置为生成和更新多个机器人所工作于的环境的地图。
地图绘制和导航模块可以被配置为跟踪环境中的多个机器人的移动。
地图绘制和导航模块可以被配置为提供信息和数据到至少一个机器人，所述信息和数据被该机器人用来在环境中进行导航。
机器人管理器可以被配置为使用由多个机器人中的至少一个机器人提供的信息来生成和更新环境的地图。
机器人管理器被配置为使用由无线收发机提供的信息来生成和更新环境的地图。
环境的地图可以包括以下至少一者的地图：办公楼、仓库、购物中心、住宅区和住宅。
机器人管理器和多个机器人中的每一者均可包括蓝牙通信子系统。
机器人管理器还可以包括因特网通信子系统，该因特网通信子系统被配置为使得机器人管理器能够与远程系统进行通信。
机器人管理器还可以包括应用程序框架，该应用程序框架被配置为从远程系统下载软件并通过使用下载的软件来更新机器人管理器。
机器人管理器还可以包括应用程序框架，该应用程序框架被配置为从远程系统下载软件并通过使用下载的软件给多个机器人中的一个或多个机器人提供增强的或不同的功能。
多个机器人可以被配置为共享存储在机器人管理器上的相同的信息。
多个机器人可以被配置为更新存储在机器人管理器上的相似的信息。
机器人管理器还可以包括被配置为安排来自多个机器人的至少一个机器人的操作的调度器。
来自多个机器人的至少两个机器人可以被配置为相互通信。
所述至少两个机器人可以被配置为通过机器人管理器相互通信。
多个机器人可以包括以下至少一者：清洁机器人、安保机器人和娱乐机器人。
根据本发明的另一个方面，提供了一种分布式多机器人系统。该系统包括：机器人管理器，该机器人管理器具有发送和接收机器人信息的无线通信模块；以及多个机器人，每个机器人具有被配置为结合机器人服务功能的执行而与机器人管理器进行通信的无线通信模块。所述机器人管理器包括：地图绘制和导航模块，该地图绘制和导航模块被配置为生成和更新多个机器人所工作于的环境的地图；因特网通信子系统，该因特网通信子系统被配置为接收用于监视和控制多个机器人的信息和数据；以及应用程序框架，该应用程序框架被配置为从远程系统下载软件并通过使用下载的软件来更新机器人管理器以及下载以通过使用下载的软件给多个机器人中的一个或多个机器人提供增强的或不同的功能。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制在环境中的多个机器人的方法。该方法可以包括：提供具有无线通信模块的机器人管理器，所述无线通信模块发送和接收机器人信息；以及机器人管理器结合机器人服务功能的执行而与在环境中的多个机器人中的每个机器人进行通信。
所述方法还可以包括生成和更新多个机器人所工作于的环境的地图。
所述方法还可以包括通过使用地图在环境中对多个机器人中的至少一个机器人进行导航。
所述方法还可以包括通过使用机器人管理器安排来自多个机器人的至少一个机器人的操作。
所述方法还可以包括经由因特网从远程系统下载软件并通过使用下载的软件来更新机器人管理器。
所述方法还可以包括经由因特网从远程系统下载软件并通过使用下载的软件对多个机器人中的一个或多个机器人提供增强的或不同的功能。
所述方法还可以包括多个机器人共享在机器人管理器上存储的相同的信息。
所述方法还可以包括多个机器人更新在机器人管理器上存储的相似的信息。
所述方法还可以包括来自多个机器人的至少两个机器人互相通信。
所述至少两个机器人可以通过机器人管理器互相通信。
附图说明
根据附图和后面的详细描述，本发明将会更加明显。在此所述的实施方式以示例的方式被提供，而不是限制的方式，其中相同的附图标记指示相同或相似的元件。附图不必要按比例，而是对本发明示出的部分做出强调。在附图中：
图1是功能分布于机器人和机器人管理器的系统构造的实施方式；
图2示出了系统设计的实施方式，其中机器人管理器能够支持一些不同种类的服务机器人的功能；
图3示出了使用根据本发明多个方面的分布式多机器人系统的实施方式的家庭的平面图的示例；
图4是根据本发明多个方面的可以被用于向分布式多机器人系统传输位置和/或障碍物信息的收发机的实施方式；
图5示出了根据本发明多个方面的可远程访问的分布式多机器人系统的实施方式。
具体实施方式
下面，通过解释根据本发明的多个方面示出的实施方式并参考附图来描述本发明的多个方面。在描述这些实施方式时，为了简明，已知项、功能或配置的详细描述通常被省略。
可以理解的是，虽然术语第一、第二等在此被用于描述不同的元件，但这些元件不应该被这些术语限制。这些术语可以被用于将一个元件与另一个元件进行区别，但是不表示元件的必需的顺序。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，以及类似的，第二元件可以被称为第一元件。如在此所使用的术语“和/或”包括相关的列出项中的任意一者以及一者或多者的任意结合。
可以理解的是，当元件被称为在另一个元件“上”或与另一个元件“连接”或“耦合”时，元件可以直接在另一个元件上或直接与另一个元件连接或耦合，或者可以存在介入在中间的元件。相反，当元件被称为“直接”在另一个元件“上”或与另一个元件“直接连接”或“直接耦合”时，则没有介入在中间的元件存在。用于描述元件之间的关系的其他说法应该以类似的方式被解释(例如，“在……之间”相对于“直接在……之间”，“相邻”相对于“直接相邻”等)。
在此所使用的术语只是为了描述特定的实施方式的目的，而不意在限制本发明。如在此所使用的，单数形式“a(一个)”、“an(一个)”和“所述(the)”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示出不包括复数形式。还可以理解的是，当术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”在此被使用时，说明所述特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或另外有一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或其集合。
和空间相关的术语，诸如“在……底下”、“以下”、“较低”、“以上”、“上部的”等等可以被用来描述元件和/或特征与另一个元件和/或特征的关系，例如在图中所示的。可以理解的是，和空间相关的术语意在除了包含图中所示的方向以外还包含使用和/或操作中的装置的不同的方向。例如，如果图中的装置被反转，所述在其他元件或特征“下面”和/或“底下”的元件将会定向成其他元件或特征的“上面”。装置可以以其他方式定向(例如旋转90度或处于其他方向)并且在此所使用的和空间相关的描述词被相应地解释。
在优选的实施方式中，系统可以包括一个或多个机器人以及一个或多个机器人管理器，例如服务器。在优选的实施方式中，服务器的数目远远少于机器人的数目。
图1是系统构造100的实施方式，其中功能分布于一个或多个机器人110和至少一个远程机器人管理器150上。根据图1，机器人管理器150可以被配置为给机器人110提供不同种类的功能。例如，所述不同种类的功能可包括，但不局限于：
1、无线连接，用于连接到机器人以及场所中的其他支持无线的装置和因特网网关。
2、因特网连接能力，其可以是有线或无线连接；
3、调度系统，用于安排机器人活动，例如用于协调多个机器人的活动，和/或用于将机器人的调度与场所的占有人相协调；
4、人机界面，该人机界面提供了一高功能高性能界面，占有者可在该界面进行交互、编程、调度以及以其他方式与服务机器人连接；
5、地图绘制和导航功能；
6、监视模块，该监视模块监视机器人活动和/或性能；以及
7、应用程序框架，通过该应用程序框架，附加的软件和其他内容
(例如，信息和数据)可以从远程管理器被下载，以更新系统
或提供增强的或不同的功能。
进一步的，服务机器人110可以包括一个或多个功能装置、机构、系统或子系统。这些要取决于机器人被配置执行的服务或功能的类型。在一些实施方式中，这些可以包括以下一者或多者：
a.相机，可以是单目的或立体的；
b.安全系统，包括各种类型的检测器；
c.与机器人管理器的无线连接和/或彼此的无线连接；以及
d.执行器和受动器。
本领域的技术人员可以理解的，包含在机器人中或机器人具有的实际的功能装置、机构、系统和子系统将取决于对机器人的功能期望。
图2示出了系统设计的实施方式，通过该系统设计，机器人管理器150可以支持一些不同种类的服务机器人110的功能。在此，服务包括拖把机器人112、割草机机器人114、真空吸尘器机器人116、楼梯清洁机器人118、安保机器人120、家庭自动化机器人122和/或娱乐机器人124。
机器人管理器150和一个或多个机器人110之间的通信可以经由任意一个或多个已知的或以后开发的无线网络来进行，该通信也可以包括一个或多个有线网络。例如，所述网络可以包括蓝牙网络、卫星网络、手机网络、无线调制解调器或家庭网络等等。管理器例如可以是一个或多个机器人本地的或远程的管理器。例如，机器人可以经由无线调制解调器通过因特网与一个或多个机器人管理器进行通信，所述无线调制解调器连到用户家中或商业场所中的管理器或个人计算机上。
每个管理器和机器人可以包括至少一个处理器和被配置为存储信息和计算机指令的至少一个数据存储装置。
图3示出了根据本发明多个方面的在场所中使用的分布式多机器人系统的实施方式。这里，所述场所是家，由平面图300表示。在图3中示出了并在下面讨论了两个不同的机器人(机器人A和B)以及一个机器人管理器320(诸如，服务器或被合适配置的个人计算机)。
机器人A是地板清洁机器人，被设计为在用真空吸尘器清扫地板并躲避障碍物的同时，在家300中进行导航。机器人B是儿童看护机器人，被设计为监视儿童310的位置和活动并提供娱乐选项。在该实施方式中，管理器320与机器人A、B进行通信，并与因特网进行通信。
传统上，家庭清洁机器人按照弯曲的路径来导航直到遇到障碍物，然后改变方向。通过在环境中随意行走，家庭清洁机器人最终可以清洁整个区域。因为功率和大小限制，不能在机器人上包括复杂的地图绘制功能。
传统的家庭娱乐机器人仅仅是带轮子的计算机，其能够被编程以在播放预先记录的行为时执行简单的动作。这又是因为在低成本的移动平台中包括丰富功能的限制。
当开发移动平台时，使能耗最小化是关键设计目标。从移动平台中移除对大的计算功率的需要可以允许更长的电池寿命、更低的成本和更轻的重量。
在该实施方式中，机器人管理器320是“插头插入”墙中的静止装置。这允许管理器320使用传统的计算机硬件设计被制造，这可以允许低成本和高性能。然而，计算机本身需要被配置和/或编程以提供在此公开的特有功能。不对移动机器人的最原始功能进行控制的任何功能均可以被分配给机器人管理器320。所以，机器人可以被配置成在其功能上非常成熟，且不需要机器人本身在内部或板上具有大量成熟的编程。这允许可通过管理器320配置的更低成本的机器人。
机器人A，即地板清洁机器人，在其第一次在环境中工作时可以使用其平常的简单策略来在环境中导航。机器人A周期性地对管理器更新其位置(以各种方式确定，例如航位推算或其他定位技术)和障碍物的存在或不存在。管理器320可以将该信息合并到环境的地图中。下一次清洁机器人A工作时，清洁机器人A现在可以由家庭管理器320指挥，以遵循由管理器320确定的更有效的计划路线。这提供更有效的清洁功能，且不会使机器人更复杂。
而且，在管理器320上开发的地图还可以被用于引导儿童看护机器人B的操作。两个机器人都能够对管理器320更新障碍物和/或儿童310在什么地方，这可以立即允许地图被更新并允许更有效地使用清洁机器人A。如果儿童想要与机器人B玩互动游戏，机器人B可以访问在因特网上可用的所有信息，并访问运行在管理器320上的语音识别和综合能力，且也不会增加机器人B的能耗。
如图4中所示，在另一个实施方式中，用户戴着的收发机或应答机400可以被用来创建环境的地图，例如以镯式或带夹式装置的形式。收发机400还可以被用来给机器人管理器或经由机器人管理器给至少一个机器人提供指令。在该实施方式中，收发机400装备有无线通信装置410，该无线通信装置410被配置为与管理器320进行通信。在一个或多个用户在家300中走时，收发机400可以提供位置信息给机器人管理器320，机器人管理器320然后可以创建和/或更新家的地图。可选地，收发机可以在其上具有按钮420，按下该按钮420可以使信号被发送到管理器320，指示障碍物(例如，桌子)的存在。
收发机400还可选地包括麦克风430，用于从用户接收信息。例如，当用户碰到桌子时他可以按下障碍物按钮420并说“固定的(permanent)”来指示管理器障碍物要保持在该位置。又例如，用户可以按下障碍物按钮420并说“桌子(table)”来指示管理器320障碍物是桌子。管理器320可以对输入进行处理并在其地图中指示障碍物是“固定的”或者是“桌子”。本领域技术人员可以理解，图4中的收发机不局限于所示出的特定实施方式。在其他实施方式中，障碍物按钮可以就是通信启动按钮，该通信启动按钮使用户能够与机器人管理器进行口头通信。各种其他形式的非口头通信也可以被支持。
在再一个实施方式中，用户可以从远程位置经由管理器320控制和监视其机器人A、B。在该实施方式中，用户可以从与管理器320进行通信的网站访问该机器人信息，管理器320再与机器人A、B进行通信。
图5示出了根据本发明的多个方面的远程访问的分布式多机器人系统的实施方式。在该实施方式中，操作个人计算机(或者类似的装置)502或移动装置504(例如，手机或个人数字助理)的用户可以经由万维网550(或因特网)访问基于网络的系统520，以通过机器人管理器320监视和/或控制机器人A、B。
这里，机器人管理器320被示出包括下面的功能模块：无线通信模块322，用于与机器人以及场所中的其他支持无线的装置和因特网网关连接；因特网连接模块324，其可以是有线或无线连接；调度系统326，用于安排机器人活动，例如用于协调多个机器人的活动，和/或用于将机器人的调度与场所的占有人相协调；人机界面328，该人机界面328提供一高功能高性能界面，占有者可以在该界面进行交互、编程、调度以及以其他方式与服务机器人连接；地图绘制和导航模块330；监视模块332，该监视模块332监视机器人活动和/或性能；以及应用程序框架334，通过该应用程序框架，附加的软件可以从远程管理器被下载以更新系统，或提供增强的或不同的功能。管理器320还可以包括被配置为存储地图和用于或需要用来支持管理器320和/或机器人A、B的其他功能的其他程序代码和数据的至少一个存储装置336。
在该实施方式中，远程用户可以唤醒清洁机器人A并使清洁机器人A用真空吸尘器清扫房屋，例如在用户回家之前。用户还可以经由计算机屏幕的显示来观察机器人在房屋中的导航，所述计算机屏幕的显示包括和图3中所示的类似的表示。本发明不局限于这点，只为了示出的目的提供该示例。
由于机器人管理器320与机器人A、B进行通信，计算上密集的功能可以主要由服务器320完成而不是在机器人A、B上完成。管理器320然后可以将计算上密集的功能的结果或基于该结果的指令传送给合适的机器人A、B。这允许高能力、还相对简单和低成本的机器人。
虽然前面描述了被认为是最好的模式和/或其他优选实施方式，但应该理解的是，其中可以做出各种修改以及本发明可以以各种形式和在各种实施方式中实施，并且本发明可以被应用在许多应用中，在此仅描述了其中的一部分应用。

Claims (28)

1.一种分布式多机器人系统，该系统包括：
机器人管理器，该机器人管理器具有发送和接收机器人信息的无线通信模块；以及
多个机器人，每个机器人具有被配置为结合机器人服务功能的执行而与所述机器人管理器进行通信的无线通信模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人管理器包括地图绘制和导航模块，该地图绘制和导航模块被配置为生成和更新所述多个机器人所工作于的环境的地图。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述地图绘制和导航模块跟踪在所述环境中的所述多个机器人的移动。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述地图绘制和导航模块将信息和数据提供到至少一个机器人，所述信息和数据被该机器人用来在所述环境中进行导航。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述机器人管理器使用由所述多个机器人中的至少一个机器人提供的信息来生成和更新所述环境的地图。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述机器人管理器使用由无线收发机提供的信息来生成和更新所述环境的地图。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述环境的地图包括以下至少一者的地图：办公楼、仓库、购物中心、住宅区和住宅。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人管理器和所述多个机器人中的每一者均包括蓝牙通信子系统。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人管理器还包括因特网通信子系统，该因特网通信子系统被配置为使得所述机器人管理器与远程系统进行通信。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述机器人管理器还包括应用程序框架，该应用程序框架被配置为从远程系统下载软件并通过使用所下载的软件来更新所述机器人管理器。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述机器人管理器还包括应用程序框架，该应用程序框架被配置为从远程系统下载软件并通过使用所下载的软件给所述多个机器人中的一个或多个机器人提供增强的或不同的功能。
12.根据权利要求1所述的系统，其中多个机器人被配置为共享存储在所述机器人管理器上的相同的信息。
13.根据权利要求1所述的系统，其中多个机器人被配置为更新存储在所述机器人管理器上的相似的信息。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人管理器还包括被配置为安排来自所述多个机器人的至少一个机器人的操作的调度器。
15.根据权利要求1所述的系统，其中来自所述多个机器人的至少两个机器人被配置为相互通信。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少两个机器人被配置为通过所述机器人管理器相互通信。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个机器人包括以下至少一者：清洁机器人、安保机器人和娱乐机器人。
18.一种分布式多机器人系统，该系统包括机器人管理器和多个机器人，
所述机器人管理器具有发送和接收机器人信息的无线通信模块，所述机器人管理器包括：
地图绘制和导航模块，该地图绘制和导航模块被配置为生成和更新所述多个机器人所工作于的环境的地图；
因特网通信子系统，该因特网通信子系统被配置为接收用于监视和控制所述多个机器人的信息和数据；和
应用程序框架，该应用程序框架被配置为从远程系统下载软件并使用所下载的软件来更新所述机器人管理器以及使用所下载的软件给所述多个机器人中的一个或多个机器人提供增强的或不同的功能，
所述多个机器人的每个机器人具有被配置为结合机器人服务功能的执行而与所述机器人管理器进行通信的无线通信模块。
19.一种控制在环境中的多个机器人的方法，该方法包括：
提供具有无线通信模块的机器人管理器，所述无线通信模块发送和接收机器人信息；以及
所述机器人管理器结合机器人服务功能的执行而与在所述环境中的多个机器人中的每个机器人进行通信。
20.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括生成和更新所述多个机器人所工作于的环境的地图。
21.根据权利要求20所述的方法，该方法还包括通过使用所述地图来在所述环境中对多个机器人中的至少一个机器人进行导航。
22.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括通过使用所述机器人管理器来安排来自所述多个机器人的至少一个机器人的操作。
23.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括经由因特网从远程系统下载软件并通过使用所下载的软件来更新所述机器人管理器。
24.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括经由因特网从远程系统下载软件并通过使用所下载的软件对所述多个机器人中的一个或多个机器人提供增强的或不同的功能。
25.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括多个机器人共享在所述机器人管理器上存储的相同的信息。
26.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括多个机器人更新在所述机器人管理器上存储的相似的信息。
27.根据权利要求19所述的方法，该方法还包括来自所述多个机器人的至少两个机器人互相通信。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述至少两个机器人通过所述机器人管理器互相通信。
CN2009801052566A 2008-02-13 2009-02-13 分布式多机器人系统 Pending CN101953172A (zh)

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