CN113728288B - 用于多个机器人的拥塞避免和公共资源访问管理 - Google Patents

Abstract

本文中的实施例公开了避免等待访问公共资源的多个机器人在区域中的拥塞的方法和系统。在云节点处从在多个机器人中的一个的处理器处执行的计划执行引擎接收多个机器人中的一个的当前机器人动作和传感器数据。基于所接收的当前机器人动作和传感器数据，确定多个机器人中的一个是否必须访问公共资源。接下来，基于当机器人位于区域中的位置时要求区域中的无拥塞移动的静态空间条件，执行空间查询，以确定区域中的用于定位等待访问公共资源的多个机器人中的一个的位置。接下来，通过计划执行引擎，确定用于访问公共资源的优先级顺序。最后，基于所确定的优先级顺序，由多个机器人中的一个访问公共资源。

Description

用于多个机器人的拥塞避免和公共资源访问管理

技术领域

本文的实施例涉及管理机器人，更具体地，涉及用于多个机器人的拥塞避免和公共资源访问管理。

背景技术

机器人在工业中的使用呈指数级增长。机器人现在被用于个人用途和商业空间。为了挖掘机器人的潜力，在特定区域(例如，仓库楼层)内使用了大量机器人。

使用多个机器人提高在特定区域内执行的操作的关键绩效指标(KPI)。例如，在仓库中使用多个机器人提高订单完成率并减少在仓库的等待时间。在几个实例中，多个机器人可能必须同时使用区域内的公共资源，例如，仓库内的充电点，或仓库内具有多个订单所需的高需求对象的特定货架。这些等待访问公共资源的机器人可能阻塞区域内的自由空间(例如路径)，这是不可取的。

附图说明

通过以下参考附图的详细描述，将更好地理解本文公开的实施例，其中：

图1示出根据实施例的通过多个机器人等待访问公共资源并确定访问公共资源的优先级顺序来避免区域中的拥塞的示例性系统；

图2是示出根据实施例的通过多个机器人等待访问公共资源并确定访问公共资源的优先级顺序来避免区域中的拥塞的另一示例性系统的框图；

图3是示出根据实施例的通过多个机器人等待访问公共资源来避免区域中的拥塞的过程的流程图；

图4是示出通过机器人等待访问公共资源来确定对公共资源的基于优先级的访问的过程的流程图。

具体实施方式

参考在附图中示出并在以下描述中详细说明的非限制性实施例，更充分地解释本文中的实施例及其各种特征和有利细节。省略对公知组件和处理技术的描述，以避免不必要地混淆本文中的实施例。本文使用的示例仅旨在促进理解可以实施本文中的实施例的方式，并进一步使本领域技术人员能够实施本文中的实施例。因此，示例不应被解释为限制本文实施例的范围。

本文中的实施例公开了用于多个机器人的拥塞避免和公共资源访问管理的方法和系统。当一个或更多个机器人阻碍其它机器人在同一环境中自由移动时，发生拥塞。拥塞的原因之一可能是，当多个机器人等待访问公共资源(例如，充电点、仓库内的特定货架等)时阻塞其它非等待机器人的路径。

为了避免拥塞，系统必须确保等待访问公共资源的机器人不占用阻碍其它机器人移动的区域。在一个实施例中，系统使用空间查询以确定等待机器人的位置。这些空间查询使用空间数据和空间条件以确保机器人位于区域内的允许机器人在区域内进行无拥塞移动的位置。空间数据可以包括在公共资源周围定义的机器人可以等待访问公共资源的停靠区域。

执行空间查询，以确定机器人在停靠区域的位置。在一个实施例中，空间查询使用静态空间数据和动态空间数据作为输入以确定执行结果。静态空间数据可以是预先确定的或从用户接收的空间数据，例如，公共资源周围的等待访问公共资源的不同机器人和使用公共资源的机器人所位于的预先定义的停靠区域。动态空间数据可以是非预先确定的并且在机器人操作执行期间获得的空间数据，例如，已出故障的机器人的位置。在一个实施例中，停靠区域内的机器人的确定位置是在执行空间查询之后获得的查询结果。

空间查询基于一个或更多个查询条件通过使用静态和动态空间数据确定查询结果。查询条件是查询结果要满足的条件。例如，空间查询的查询条件可以是“确定区域中的位置以定位机器人，使得停靠区域中的机器人不拥塞仓库”或“确定区域中的位置以为了区域中的无拥塞移动定位机器人”。基于查询条件，空间查询确定停靠区域(静态空间数据)处不与任何可能路线内的位置(例如仓库的过道、入口、出口等)(静态空间条件)重叠的机器人位置。例如，如果过道位于(2,3)和(5,3)之间，则机器人位置被确定为不在这两个坐标之间的点。

在一个实施例中，在机器人确定区域中用于将机器人定位在停靠区域的位置后，机器人然后彼此协作以确定机器人访问公共资源的优先级顺序。机器人使用公共资源的优先级顺序的确定可以由在机器人处执行的计划执行引擎协同完成。计划执行引擎是包括执行控制计划执行所需的不同操作的逻辑的软件模块。例如，计划执行引擎存储确定机器人访问公共资源的优先级顺序的逻辑。逻辑可以检查由机器人中的每一个正在执行的任务的任务优先级、机器人的电池水平等，以确定顺序。基于所确定的优先级顺序，机器人访问公共资源。

图1示出根据实施例的通过多个机器人等待访问公共资源并确定访问公共资源的优先级顺序来避免区域中的拥塞的示例性系统100。系统100包括一个或更多个云节点102以及分别执行计划执行引擎108和110的机器人104和106。在一个实施例中，机器人104和106等待访问公共资源，例如充电位置、仓库内的特定货架等。

在一个实施例中，云节点102接收与包括一个或更多个公共资源的特定区域相关的静态空间数据。例如，云节点可以接收仓库的静态地图，包括仓库内的小巷、仓库内不同货架的位置。在一个实施例中，与云节点102通信的web接口112显示静态空间数据，例如静态地图，并允许用户识别特定位置内的一个或更多个公共资源。web接口112还允许用户定义公共资源周围的停靠区域。停靠区域可以定义为任何形状，例如正方形、三角形、多边形、圆形等。在一个实施例中，停靠区域可以被自动确定，使得它可以容纳特定最大数量的机器人。在一个实施例中，可以包括静态地图数据、公共资源和停靠区域的静态空间数据被存储在云节点102的存储器114处。

在一个实施例中，web接口112还允许用户定义被执行以确定停靠区域内的机器人的位置的空间查询。在一个实施例中，空间查询是形成用于确定来自空间数据库系统的空间查询结果的基础的一组空间查询条件。包含于空间查询中的空间查询条件可以是静态空间查询条件或动态空间查询条件。例如，静态空间查询条件可以是，机器人被定位在停靠区域中，使得机器人不在位置内拥塞路径。动态空间查询条件可以是，例如，当在位置内识别出故障机器人时，机器人然后使用故障机器人周围的区域以等待公共资源，或者当在停靠空间处识别出障碍物时，然后识别仓库中的用于定位机器人的不拥塞仓库的另一位置。当障碍物或状况被实时识别时，动态条件确保仓库中的无拥塞区域。

在一个实施例中，云节点102包括执行空间查询以确定查询结果的空间查询处理器116。在一个实施例中，空间查询结果是区域中的用于定位想要访问资源的不同机器人的一组位置。空间查询处理器116使用静态空间数据(例如，路径的位置、停靠空间的位置等)、静态空间查询条件(例如，机器人不应拥塞路径的空间条件)以及动态空间查询条件(如果有的话)，以执行空间查询并确定查询结果。查询结果可以是区域中的在机器人等待访问公共资源时机器人要被定位的位置。

在一个实施例中，机器人104和106分别包括处理器118、120和存储器122、124。处理器118和120分别执行计划执行引擎108和110。在一个实施例中，计划执行引擎108和110集成到特定于域的框架中，该框架包括其它组件，诸如用于在机器人104和106之间建立通信的通信中间件以及用于分别从机器人104和106的传感器126、128和致动器130、132发送和接收数据的传感器和致动器驱动器。

在一个实施例中，机器人104和106与云节点102无线通信，以将传感器数据作为动态空间数据传输到云节点102处的空间查询处理器116。机器人104和106还接收查询结果，该查询结果包括机器人要被定位在停靠区域中的位置。分别执行计划执行引擎108和110的机器人104和106经由无线通信彼此通信。在一个实施例中，计划执行引擎108和110分别单独基于由机器人106和108执行的任务的优先级确定访问公共资源的优先级顺序。计划执行引擎108和110然后彼此交换所确定的优先级顺序，以确定所确定的优先级顺序中的任何冲突。

优先级顺序也可以基于其它因素(例如，电池剩余量、机器人的健康状况等)被确定。基于所确定的优先级，计划执行引擎108和110向机器人104和106的致动器130和132发送指令，以访问资源并执行与公共资源相关的一个或更多个动作。例如，计划执行引擎108可以向致动器130发送指令，以从停靠空间中的位置移动到充电站并启动机器人130的充电。在一个实施例中，在机器人完成与公共资源相关的一个或更多个操作之后，对于剩余机器人再次确定优先级。

因此，本发明解决了机器人导航领域中的技术问题。本发明提供使用空间查询以容易地识别区域内的可以在不拥塞该区域的情况下定位机器人的位置的机制。

图2是示出根据实施例的通过多个机器人等待访问公共资源并确定访问公共资源的优先级顺序来避免区域中的拥塞的另一示例性系统200的框图。在一个实施例中，机器人202和204分别包括计划执行引擎206和208，计划执行引擎206和208可以协作地确定区域中的用于定位机器人202和204的位置，并且还确定用于访问公共资源的优先级顺序。在这种情况下，不同的静态空间数据和空间查询可以包含于在计划执行引擎206和208处执行的应用代码中。计划执行引擎206和208分别通过包含于计划执行引擎206和208中的约束解算器执行空间查询。在一个实施例中，机器人202和204分别包括处理器210、212和存储器214、216。处理器210和212分别执行计划执行引擎206和208。约束解算器使用分别由机器人202和204执行的当前动作以及分别从传感器218和220接收的传感器数据，以执行查询并确定区域中的用于定位机器人的位置。例如，机器人的当前动作可能是访问作为几个机器人的公共资源的货架。在一个实施例中，在运行时，区域中的等待来自几个机器人的访问的任何资源可以被识别为公共资源。计划执行引擎206和208还协同地确定用于访问公共资源的优先级顺序。基于所确定的优先级顺序，计划执行引擎206和208向致动器222和224发送指令以访问公共资源。由于等待位置和处理优先级的确定由机器人202和204处的计划执行引擎206和208在本地执行，因此这导致更快的决策。这在当空间数据在区域中动态变化的情况下特别有用。

图3是示出根据实施例的通过多个机器人等待访问公共资源来避免区域中的拥塞的过程的流程图300。在一个实施例中，首先，在web接口处接收与区域相关的静态空间数据(302)。如上所讨论的，静态空间数据包括位置的静态地图，例如，仓库楼层、公共资源、资源周围的停靠区域等。接下来，在web接口处接收包括静态空间查询条件和动态空间查询条件的空间查询(304)。空间查询使用静态和动态空间数据，以确定用于在满足静态空间查询条件和动态空间查询条件的停靠区域内定位机器人的空间点。

接下来，在云节点处从在该位置处的多个机器人的处理器处执行的计划执行引擎接收传感器数据和当前机器人动作(306)。当前机器人动作包括与机器人想要执行的当前动作相关的细节(例如，机器人必须访问的位置处的资源，例如，机器人必须访问的特定货架)或者机器人的状况(例如，低于特定阈值的电池电量)。还可以在云节点处接收来自多个机器人的传感器数据。传感器数据可能指示传感器是否捕捉到机器人故障以及发生了故障的机器人的坐标。

接下来，由云节点处的空间查询处理器基于所接收的传感器数据和当前机器人动作，检查一个或更多个机器人是否必须访问公共资源(308)。在308中的条件为真的情况下，然后执行检查以确定所接收的传感器数据是否与动态空间条件相关(310)。例如，动态空间条件可能是，等待访问公共资源的机器人可能在故障机器人周围等待。

在这种情况下，感测到附近发生故障的机器人的机器人的传感器数据与动态空间条件相匹配。接下来，在310中的条件为真的情况下，执行空间查询以基于接收的静态和动态空间数据以及静态和动态空间查询条件确定等待访问公共资源的机器人的位置(312)。

在一个实施例中，查询结果是区域中的可以定位机器人使得机器人处于停靠区域内并满足静态和动态空间条件的位置。例如，考虑到四个机器人正在等待访问充电点并且该充电点在小巷附近。在形状为五边形的充电点周围定义了停靠区域。想要穿过小巷的机器人不应被等待使用充电点的机器人阻挡。在这种情况下，在五边形的外围确定机器人的位置，使得机器人不阻挡小巷。在312中的条件为假的情况下，则执行空间查询以基于接收的静态空间数据和静态空间查询条件确定等待访问公共资源的机器人的位置(314)。

图4是出根据实施例的通过机器人等待访问公共资源来确定对公共资源的基于优先级的访问的过程的流程图400。在一个实施例中，等待访问公共资源的机器人接收指示区域中的机器人要被定位的位置的查询结果(402)。基于所接收的位置，机器人被定位于所确定的位置(404)。接下来，机器人处的计划执行引擎单独地为等待访问公共资源的机器人确定访问公共资源的优先级顺序(406)。然后，机器人彼此共享所确定的优先级以验证所确定的优先级(408)。最后，基于所确定的优先级，机器人中的具有最高优先级的一个访问公共资源(410)。

本文公开的实施例规定了用于管理位置中的机器人以最小化由机器人造成的拥塞的方法和系统。因此，应当理解，保护的范围扩展到这种程序，并且，除了其中具有消息的计算机可读手段之外，这种计算机可读存储手段还包含用于当程序在服务器、移动设备或任何合适的可编程设备上运行时实现方法的一个或更多个步骤的程序代码手段。在至少一个实施例中，方法通过或与以例如甚高速集成电路硬件描述语言(VHDL)或另一编程语言编写的软件程序一起实现，或由在至少一个硬件设备上执行的一个或更多个VHDL或几个软件模块实现。硬件设备可以是可编程的任何类型的设备，包括例如诸如服务器或个人计算机等的任何类型的计算机，或其任何组合，例如一个处理器和两个FPGA。设备还可以包括手段，该手段可以是例如类似例如ASIC的硬件手段，或硬件和软件手段的组合，例如ASIC和FPGA，或至少一个微处理器和具有位于其中的软件模块的至少一个存储器。因此，所述手段是至少一个硬件手段和/或至少一个软件手段。本文描述的方法实施例可以在纯硬件中实现，或者部分在硬件中实现并且部分在软件中实现。设备还可以仅包括软件手段。作为替代，可以例如通过使用多个CPU在不同的硬件设备上实现本发明。

以上对具体实施例的描述充分揭示本文中的实施例的一般性质，使得其它人可以通过应用现有知识在不脱离一般概念的情况下容易地对于各种应用修改和/或适应这些具体实施例，因此，这些适应和修改应当并且意欲被理解为在所公开实施例的等效物的含义和范围内。应当理解，本文中使用的措词或术语仅用于描述而非限制。因此，虽然已经根据实施例和示例描述了本文的实施例，但本领域技术人员将认识到，可以在本文所述权利要求的精神和范围内通过修改实施本文中的实施例。

Claims (19)

1.一种用于避免等待访问公共资源的多个机器人在区域中的拥塞的计算机实现的方法，该方法包括：

在云节点处从在所述多个机器人中的一个的处理器处执行的计划执行引擎接收所述多个机器人中的所述一个的当前机器人动作和传感器数据；

基于所接收的当前机器人动作和传感器数据，确定所述多个机器人中的所述一个是否必须访问公共资源；

基于当机器人位于区域中的位置时要求区域中的无拥塞移动的静态空间条件，在云节点处执行空间查询，以确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置；

通过在多个设备中的一个的处理器处执行的计划执行引擎，确定用于访问公共资源的优先级顺序；以及

基于所确定的优先级顺序，由所述多个机器人中的所述一个访问公共资源，

其中，当识别出故障机器人时，等待访问公共资源的机器人能够在故障机器人周围等待。

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，执行空间查询还包括：

基于包括与公共资源周围定义的停靠区域相关的信息的静态空间数据，在云节点处执行空间查询，以确定用于定位所述多个机器人中的所述一个的位置。

3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：

确定所接收的传感器数据是否与动态空间条件相关；以及

基于该确定，在云节点处执行空间查询，以基于静态空间条件和动态空间条件确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置。

4.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，还包括：

基于动态空间数据、静态空间条件和动态空间条件，在云节点处执行空间查询以确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置。

5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：

在所述多个机器人处执行的多个计划执行引擎，单独地确定用于访问公共资源的优先级顺序；

所述多个计划执行引擎彼此共享所确定的优先级顺序，以验证所确定的优先级顺序；以及

所述多个机器人基于所确定的优先级顺序访问公共资源。

6.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：

在web接口处接收与区域相关的静态空间数据。

7.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：

在web接口处接收包括静态空间查询条件和动态空间查询条件的空间查询。

8.一种用于管理多个机器人的系统，所述多个机器人协同管理对区域中的公共资源的访问，并且避免等待访问公共资源的所述多个机器人拥塞，其中，所述系统包括：

存储计划执行引擎的存储器；和

与存储器通信的处理器，执行计划执行引擎，以：

在计划执行引擎处接收所述多个机器人中的一个的传感器数据；

基于当前机器人动作和传感器数据，确定所述多个机器人中的所述一个是否必须访问公共资源；

基于当机器人位于区域中的位置时要求区域中的无拥塞移动的静态空间条件，在计划执行引擎处执行空间查询，以确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置；

通过计划执行引擎，确定用于访问公共资源的优先级顺序；以及

基于所确定的优先级顺序，由所述多个机器人中的所述一个访问公共资源，

其中，当识别出故障机器人时，等待访问公共资源的机器人能够在故障机器人周围等待。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述处理器进一步执行指令，以：

基于包括与公共资源周围定义的停靠区域相关的信息的静态空间数据，执行空间查询，以确定用于定位所述多个机器人中的所述一个的位置。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述处理器进一步执行指令，以：

确定所接收的传感器数据是否与动态空间条件相关；以及

基于该确定，执行空间查询，以基于静态空间条件和动态空间条件确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述处理器进一步执行指令，以：

基于动态空间数据、静态空间条件和动态空间条件，执行空间查询以确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述处理器进一步执行指令，以：

单独地确定用于访问公共资源的优先级顺序；

计划执行引擎与由在所述多个机器人中的另一个的处理器处执行的计划执行引擎所确定的优先级共享所确定的优先级顺序；以及

所述多个机器人中的所述一个和所述多个机器人中的所述另一个基于所确定的优先级顺序访问公共资源。

13.一种编码有指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器：

在云节点处从在多个机器人中的一个的处理器处执行的计划执行引擎接收所述多个机器人中的所述一个的当前机器人动作和传感器数据；

基于所接收的当前机器人动作和传感器数据，确定所述多个机器人中的所述一个是否必须访问公共资源；

基于当机器人位于区域中的位置时要求区域中的无拥塞移动的静态空间条件，在云节点处执行空间查询，以确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置；

通过在多个设备中的一个的处理器处执行的计划执行引擎，确定用于访问公共资源的优先级顺序；以及

基于所确定的优先级顺序，由所述多个机器人中的所述一个访问公共资源，

其中，当识别出故障机器人时，等待访问公共资源的机器人能够在故障机器人周围等待。

14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中，执行空间查询还包括：

基于包括与公共资源周围定义的停靠区域相关的信息的静态空间数据，在云节点处执行空间查询，以确定用于定位所述多个机器人中的所述一个的位置。

15.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，还包括如下指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器：

确定所接收的传感器数据是否与动态空间条件相关；以及

基于该确定，在云节点处执行空间查询，以基于静态空间条件和动态空间条件确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置。

16.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，还包括如下指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器：

基于动态空间数据、静态空间条件和动态空间条件，在云节点处执行空间查询以确定区域中的用于定位等待访问公共资源的所述多个机器人中的所述一个的位置。

17.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中，

在所述多个机器人处执行的多个计划执行引擎，单独地确定用于访问公共资源的优先级顺序；

所述多个计划执行引擎彼此共享所确定的优先级顺序，以验证所确定的优先级顺序；以及

所述多个机器人基于所确定的优先级顺序访问公共资源。

18.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，还包括如下指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器：

在web接口处接收与区域相关的静态空间数据。

19.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，还包括如下指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器：

在web接口处接收包括静态空间查询条件和动态空间查询条件的空间查询。

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