CN114995361A - 沿机器人当前路线的冲突检测和避免 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了沿机器人当前路线的冲突检测和避免,提供了一种用于检测和避免沿机器人的当前路线的冲突的方法。该方法包括访问机器人在机器人的当前路线上的轨迹和附近移动物体的预测轨迹,并根据轨迹和预测轨迹,检测机器人与附近移动物体之间的冲突。确定机器人的替代路线,其中每个路线包括从当前路线偏移的替代路线段和从当前路线到替代路线段的过渡段。根据成本度量评估包括当前路线和替代路线的路线,并从路线中选择一路线,以用于机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免冲突。
Description
技术领域
本公开总体涉及机器人技术,并且具体地涉及诸如自主或半自主交通工具的自主机器人的设计、构造、操作或使用中的一个或多个。
背景技术
许多现代机器人和其他机器被设计成以增加的自主性操作并且较少依赖训练有素的操作员来安全操作。这些现代机器人中的一些是有人驾驶的,而另一些则是无人驾驶的。具体地,各种无人驾驶交通工具包括无人驾驶地面交通工具(UGV)、无人驾驶空中交通工具(UAV)、无人驾驶水面交通工具(USV)、无人驾驶水下交通工具(UUV)、无人驾驶航天器等。近年来,无人驾驶交通工具的使用有所增长,并且这些无人驾驶交通工具的应用范围广泛,包括军用和民用。
机器人领域的一个焦点是提高自主性,这通常包括机器人操作的多个示例。机器人操作的这些示例包括给定机器人的自动控制以支持远程人工控制。另一个示例是优化系统(和相关方法),用于确定对于给定机器人或一组机器人,任务应该如何排序和/或分配。机器人操作的另一个示例是自动实时或接近实时的数据处理,以及支持自动路线规划、任务执行和其他活动的开发。
尽管取得了进步,但现有的自主系统通常被配置为仅解决这些活动的一个示例,从而将其底层自主算法和软件架构的设计集中在狭窄的任务集上。这限制了现有自主系统的可扩展性。此外,通常希望改进现有系统以提高其效率和操作。
因此,期望具有一种考虑到上述问题中的至少一些以及其他可能问题的系统和方法。
发明内容
本公开的示例实施方式涉及沿机器人的当前路线的冲突检测和避免。一些示例实施方式使用与当前路线有偏移的替代路线来避免机器人与任何附近移动物体之间的检测到的冲突。这些替代路线中的每一个可以包括从当前路线偏移的替代路线段和从当前路线到替代路线段的过渡段。
替代路线段可以在执行任务之前被定义,或者根据任务期间的偏移来确定,这可以允许在任务之前验证替代路线段是地形无障碍的、动态可行的或其他方式最优的。然后在任务期间,机器人可以更简单地确定过渡段。机器人还可以只通过确定返回的过渡段而更简单地返回到当前路线,这可以比在某方向上机动一段先前未知的时间长度以避免检测到的冲突之后再规划返回当前路线的整个路线需要更少的计算资源。
因此,本公开包括但不限于以下示例实施方式。
一些示例实施方式提供一种检测和避免沿机器人的当前路线的冲突的方法,该方法包括:访问机器人在机器人的当前路线上的轨迹和附近移动物体的预测轨迹;根据机器人和附近移动物体分别在机器人的轨迹上和附近移动物体的预测轨迹上的比较,检测机器人和附近移动物体之间的冲突;确定机器人的替代路线,每个替代路线包括从当前路线偏移的替代路线段和从当前路线到替代路线段的过渡段;根据取决于到附近移动物体和机器人之间的接近点的时间或距离的成本度量以及与当前路线的距离来评估包括替代路线的路线;以及从这些路线中选择一路线,用于机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免冲突。
在任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法的一些示例实施方式中,机器人的当前路线由路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来描述,该方法进一步包括使用路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来确定机器人的轨迹。
在任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法的一些示例实施方式中,替代路线段是预定义替代路线段,并且确定替代路线包括对于替代路线访问描述预定义替代路线段的信息;以及确定从当前路线到预定义替代路线段的过渡段。
在任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法的一些示例实施方式中,偏移是预定义几何偏移,并且确定替代路线包括对于替代路线访问描述预定义几何偏移的信息;确定具有预定义几何偏移的替代路线段;以及确定从当前路线到所确定的替代路线段的过渡段。
在任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法的一些示例实施方式中,确定替代路线包括对于替代路线确定是机器人的类型、机器人的状态(state)或机器人的状况(status)中的至少一个的函数的偏移;确定具有所确定的偏移的替代路线段;以及确定从当前路线到所确定的替代路线段的过渡段。
在任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法的一些示例实施方式中,成本度量进一步取决于沿路线的地形或机器人的环境状态中的至少一个。
在任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法的一些示例实施方式中,该方法进一步包括使机器人行进所选择的路线。
在任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法的一些示例实施方式中,该方法进一步包括使机器人行进作为替代路线之一的路线;并且使机器人在机器人在替代路线之一上行进期间返回到当前路线。
一些示例实施方式提供一种用于检测和避免沿机器人的当前路线的冲突的装置,该装置包括:存储器,其被配置为存储计算机可读程序代码;以及处理电路系统,其被配置为访问存储器并执行计算机可读程序代码以使装置至少执行任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法。
一些示例实施方式提供一种用于检测和避免沿机器人的当前路线的冲突的计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质是非暂时性的并且具有存储在其中的计算机可读程序代码,响应于由处理电路系统执行,使装置至少执行任何前述示例实施方式或任何前述示例实施方式的任何组合的方法。
本公开的这些和其他特征、示例和优点将从以下详细描述连同附图的阅读中变得明显,这些附图在下文被简要描述。无论这些特征或元素是否明确地组合或以其他方式在本文描述的特定示例实施方式中叙述,本公开都包括在本公开中阐述的两个、三个、四个或多个特征或元素的任何组合。本公开旨在整体地阅读,除非本公开的上下文另有明确规定,否则使得本公开的任何可分离特征或元素在其任何示例和示例实施方式中应被视为可组合的。
因此,应当理解,提供该“发明内容”仅仅是为了总结一些示例实施方式的目的,以便提供对本公开的一些示例的基本理解。因此,应当理解,上述示例实施方式仅仅是示例并且不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围或精神。其他示例实施方式、示例和优点将从以下结合附图的详细描述中变得明显,这些附图以示例的方式示出所描述的一些示例实施方式的原理。
附图说明
已经如此概括地描述了本公开的示例实施方式,现在将参考附图,这些附图不一定按比例绘制,并且其中:
图1图示可以受益于本公开的示例实施方式的一种类型的机器人,即无人驾驶飞行器;
图2图示根据一些示例实施方式的系统;
图3进一步图示了根据一些示例实施方式的任务管理系统(MMS);
图4图示根据一些示例性实施方式的其中机器人正在执行任务的场景,其中机器人将在一个或多个移动物体在机器人附近的环境中在当前路线上行进;
图5是根据一些示例性实施方式的可以由MMS实施的用于关于一个或多个附近移动物体的冲突检测和避免的服务的图示;
图6图示根据示例性实施方式的包括当前路线和可以使机器人行进的替代路线的路线;
图7图示根据示例实施方式的检测到冲突的机器人的当前路线,以及可以使机器人行进以避免冲突的替代路线;
图8A、图8B、图8C、图8D、图8E和图8F是示出根据示例实施方式的沿机器人的当前路线检测和避免冲突的方法中的各个步骤的流程图;和
图9图示根据一些示例实施方式的装置。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的一些实施方式,其中示出本公开的一些但不是所有实施方式。实际上,本公开的各种实施方式可以以许多不同的形式来体现,并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式;相反,提供这些示例实施方式是为了使本公开彻底和完整,并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。例如,除非另有说明或从上下文中清楚,否则对第一、第二等的引用不应被解释为暗示特定顺序。被描述为高于另一个特征件的特征件(除非另有说明或从上下文中清楚)可以替代地低于,反之亦然;类似地,被描述为在另一个特征件左侧的特征件可以替代地在右侧,反之亦然。如本文所使用的,除非另有说明或从上下文中清楚,否则一组操作数的“或”是“兼或”,因此当且仅当一个或多个操作数为真时才为真,而不是当所有操作数都为真时为假的“异或”。因此,例如,如果[A]为真,或者如果[B]为真,或者如果[A]和[B]都为真,则“[A]或[B]”为真。此外,冠词“一”表示“一个或多个”,除非另有说明或从上下文中明确指向单数形式。相同的附图标记始终指代相同的元件。此外,应当理解,除非另有说明,否则术语“数据”、“内容”、“数字内容”、“信息”和类似术语有时可以互换使用。
本公开的示例实施方式总体涉及机器人技术,并且具体地涉及机器人的设计、构造、操作或使用中的一个或多个。如本文所使用的,机器人是被设计和可配置以在其环境中执行机动的机器。机器人可以是有人驾驶的,也可以是无人驾驶的。机器人可以是完全由人工控制的,或者机器人可以是半自主的或自主的,其中至少一些动作是独立于人工干预或以最少的人工干预来执行的。在一些示例中,机器人在具有各种人工控制量的各种模式下可操作。
被设计和可配置的飞行的机器人有时可称为空中机器人。被设计和可配置以至少某种程度的自主性操作的机器人有时可以被称为自主机器人,或者在自主机器人也被设计和可配置为飞行的情况下称为自主空中机器人。合适的机器人的示例包括航空机器人、人形机器人、自动机、自主交通工具、爆炸物处理机器人、六足机器人、工业机器人、昆虫机器人、微型机器人、纳米机器人、军用机器人、移动机器人、漫游者、服务机器人、手术机器人、步行机器人等。其他示例包括各种无人驾驶交通工具,包括无人驾驶地面交通工具(UGV)、无人驾驶空中飞行器(UAV)、无人驾驶水面交通工具(USV)、无人驾驶水下交通工具(UUV)、无人驾驶航天器等。这些可以包括自动驾驶汽车、飞机、火车、工业交通工具、履行中心机器人、供应链机器人、机器人交通工具、扫雷车等。
图1图示了可以受益于本公开的示例实施方式的一种类型的机器人,即UAV100。如图所示,UAV通常包括机身102、在机身中部从UAV的相对侧延伸的机翼104以及在机身后端的尾翼或尾部组件106。尾部组件包括竖直稳定器108和从UAV的相对侧延伸的两个水平稳定器110。旋翼112和114分别安装到机翼和尾部组件的末端,用于在飞行期间提升和推进UAV。
图2图示了根据本公开的一些示例实施方式的系统200。该系统可以包括用于执行一个或多个功能或操作的多个不同子系统(每个均是单独的系统)中的任何一个。如图所示,在一些示例中,系统包括控制站202和一个或多个机器人204(例如,一个或多个UAV100)。控制站提供例如通过直接或跨一个或多个网络206的有线或无线数据链路用于与一个或多个机器人通信或控制一个或多个机器人的设施。在一些示例中,控制站可以是地面站,并非所有实例都控制机器人。在这点上,控制站可以被配置为监控机器人。控制站可以启动任务,但控制站不能控制机器人进行机动。有时,控制站然后可以启用或提供软件功能的分布式网络/服务器。
机器人204包括机器人管理系统(RMS)208和任务管理系统(MMS)210。RMS是被配置为管理机器人的子系统和其他部件的机器人特定子系统。这些子系统和其他部件包括例如机动控件、起落架、机载环境系统、电气气动和液压系统、通信系统、导航系统和用于控制机器人操作和机动的其他子系统和部件。RMS被配置为接受诸如航路点和/或转向命令的机动命令,并控制机器人遵循这些机动命令。在交通工具的背景下,RMS有时被称为交通工具管理系统(VMS)。
MMS 210是被配置为管理机器人204的任务的子系统。任务是部署机器人(一个或多个机器人)以实现一个或多个任务目标。任务可以被分解为具有可选传感器和/或效应器调度的机器人机动,并且MMS可以执行工作任务以管理机器人以执行具有特定参数和能力的机动。MMS 210包括处理传感器数据以感知情况、为机器人204(或多个机器人)规划工作任务、与团队协调以分配工作任务、执行所分配的工作任务的子系统。MMS还被配置为与RMS208对接,并且在一些示例中与控制站202对接。虽然MMS被示出为在机器人204上,但MMS也可以改为在控制站处;或者在一些示例中,MMS可以分布在机器人和控制站之间。
在一些示例中,MMS 210提供具有开放系统架构标准并且参数化以允许快速扩展和重新应用到各种机器人的完整的端到端自主架构。MMS的灵活性使得操作员可以对其进行一次编码,但可以将其应用到任何地方。因此,MMS几乎可以应用于任何应用自主性或受益于自主性的机器人。MMS可以包括可应用于各种机器人(包括上述机器人)的适应性自主架构。因此,MMS的益处不仅在于具体的内容,而且在于架构、其子程序的具体细节,以及这些子程序与支持MMS对各种域的快速可扩展性和适应性的其他系统/设备之间的对接。
图3更具体地图示了根据本公开的一些示例实施方式的MMS 210。MMS可以包括用于执行一个或多个功能或操作的多个不同子系统(每个均是单独的系统)中的任何一个。如图所示,在一些示例中,MMS包括对接子系统302、态势感知子系统304、任务规划子系统306、任务协调子系统308和任务执行子系统310。如上所建议的,在一些示例中,MMS的子系统可以在机器人204上,在控制站202处,或者分布在机器人和控制站之间。在其中MMS被分布在机器人和控制站之间的示例中,子系统可以被配置为通过通信总线312或跨(一个或多个)网络206直接相互通信。
子系统启用机器人204的MMS 210以与系统200对接、执行态势感知、规划包括多个工作任务的任务、协调多个工作任务和因此协调与其他机器人204的任务,并执行任务。例如,MMS可以使用对接子系统302以与机器人机载的各种传感器、RMS 208、控制站202和/或其他机器人进行对接。MMS可以使用态势感知子系统304来获取传感器数据并保持对机器人正在操作的环境状态的感知。MMS可以使用任务规划子系统306来规划包括或与多个工作任务相关联的任务,并且该任务可以结合交战规则、战术和对操作的其他约束。MMS同样可以使用任务规划子系统来动态地重新规划任务,其中随着任务的执行,实时或接近实时地对任务进行更改。MMS可以使用任务协调子系统308来与其他机器人和用户协调任务的多个工作任务,其中商定的工作任务然后可以由MMS使用任务执行子系统310来执行。
根据本公开的一些示例实施方式,MMS 210还被配置为在为机器人204提供冲突检测和避免能力的任务期间实施一个或多个软件功能(有时称为服务)。在执行任务期间,机器人可以选择路径,并且该路径可以由定义机器人将行进的路线的一系列航路点来描述。机器人以一定速度(运动的速率和方向)行进,并且相对于时间定义路线的一系列航路点和速度定义机器人的轨迹(有时称为机器人的轨道)。冲突检测和避免能力使得机器人能够检测和避免沿其行进路线的冲突。
图4图示了场景400,其中机器人204正在执行任务,其中机器人将在其中一个或多个移动物体404在机器人附近的环境中在当前路线402上行进。在一些示例中,这些移动物体是可能与机器人具有相同类型或不同类型的其他机器人。合适的移动物体的其他示例包括诸如多种不同类型的地面交通工具、船只、飞行器、航天器等中的任何一种的非机器人交通工具。
图5是根据一些示例实施方式的可以由MMS 210实施的用于关于附近移动物体404的冲突检测和避免的服务500的图示。如图所示,服务可以包括轨道管理502服务、冲突检测504服务、替代路线生成器506服务和路线选择器508服务。在一些示例中,轨道管理服务可以由MMS的态势感知子系统304实施;并且冲突检测服务、替代路线生成器服务和路线选择器服务可以由MMS的任务执行子系统310实施。
轨道管理502服务被配置为例如根据指示机器人的方位和速度的数据来确定机器人204在当前路线402上的轨迹406。该数据可以包括描述机器人的方位和速度的状态数据,并且在一些示例中该数据可以从RMS 208接收。在一些示例中,机器人的当前路线由路线命令、飞行规划(对于空中机器人)和/或任务路线来进行描述;并且在这些示例中的一些示例中,使用路线命令、飞行规划和/或任务路线来确定机器人的轨迹。在这方面,一些示例中的路线是机器人的经规划的路线。
在一些示例中,轨道管理502服务还被配置为例如根据指示一个或多个附近移动物体的方位和速度的数据来确定一个或多个附近移动物体404的预测轨迹408。该数据可以是或包括来自多个不同传感器中的任何一个的传感器数据,该传感器包括那些采用诸如声学、无线电、光学等技术的传感器。合适传感器的更具体示例包括使用雷达、激光雷达、红外传感器、照相机等的那些传感器。在空中机器人的背景下,合适传感器的另一个示例是被配置为接收ADS-B信号的自动相关监视广播(ADS-B)接收器。
可以由MMS 210实施的服务500的冲突检测504服务被配置为例如根据轨道管理502服务来访问机器人204在机器人的当前路线402上的轨迹406和附近移动物体404的预测轨迹408。冲突检测服务被配置为根据机器人和附近移动物体分别在机器人的轨迹上和附近移动物体的预测轨迹上的比较来检测机器人和附近移动物体之间的冲突410;并且冲突检测服务被配置为输出冲突的指示,该指示可以包括到附近移动物体和机器人之间的接近点的时间或距离。在一些示例中,接近点是附近移动物体和机器人之间的最近接近点。可以以多种不同方式中的任一种来检测冲突,例如当附近移动物体在包括机器人的清晰区域412内时,并且到附近移动物体和机器人之间的接近点的时间小于时间阈值。各种示例中的清晰区域可以被称为非常清晰区域、边界、违规体积等。
替代路线生成器506服务被配置为确定机器人的替代路线。每个替代路线包括从当前路线偏移的替代路线段和从当前路线到替代路线段的过渡段。图6图示了例如当前路线402和替代路线602、604。如图所示,每个替代路线包括从当前路线偏移606的替代路线段602A、604A和从当前路线到替代路线段的过渡段602B、604B。在一些示例中,偏移是几何偏移,并且替代路线段与当前路线具有几何偏移。
替代路线段602A、604A可以被预定义或从偏移606确定。类似地,过渡段602B、604B可以被预定义或确定。替代路线段、偏移或过渡段中的任何一个或多个可以在由替代路线生成器506服务访问或提供给替代路线生成器506服务的配置数据中定义或描述。替代路线段以及由此的偏移横跨替代路线602、604可以相同或不同。偏移可以是固定的或可变的。偏移可以独立于或取决于机器人204或机器人的类型、机器人的状态和/或机器人的状况。在一个特定示例中,过渡段被定义为将机器人在当前路线402上的方位连接到机器人在替代路线段上的方位的杜宾斯路径(Dubins path)。
在一些示例中,然后,替代路线段602A、604A是预定义替代路线段。在这些示例中的一些示例中,对于替代路线602、604,替代路线生成器506服务被配置为访问诸如描述预定义替代路线段的配置数据的信息,并确定从当前路线到预定义替代路线段的过渡段602B、604B。
在一些示例中,偏移606是预定义几何偏移。在这些示例中的一些示例中,对于替代路线602、604,替代路线生成器506服务被配置为访问诸如描述预定义几何偏移的配置数据的信息。替代路线生成器服务被配置为确定具有预定几何偏移的替代路线段602A、604A,并确定从当前路线到所确定的替代路线段的过渡段602B、604B。
在一些示例中,对于替代路线602、604,替代路线生成器506服务被配置为确定是机器人204的类型、机器人的状态、或机器人的状况中的至少一个的函数的偏移606。在这些示例中的一些示例中,替代路线生成器服务被配置为确定具有所确定的偏移的替代路线段602A、604A,并且确定从当前路线到所确定的替代路线段的过渡段602B、604B。
再次返回图5,路线选择器508服务被配置为从冲突检测504服务接收冲突的指示,并且该指示可以包括到附近移动物体404和机器人204之间的接近点(例如,最近接近点)的时间或距离。路线选择器服务还可以从替代路线生成器506服务接收机器人的替代路线602、604。路线选择器服务被配置为根据成本度量评估包括替代路线的路线,该成本度量取决于到附近移动物体和机器人之间的接近点的时间或距离,以及与当前路线的距离。在一些示例中,路线选择器服务被配置为根据成本度量评估进一步包括当前路线402的路线。在一些示例中,成本度量进一步取决于沿路线的地形或机器人的环境状态中的至少一个。在一些示例中,路线选择器服务可以被配置为对路线进行排名,并且成本度量可以允许路线选择器服务评估路线,其中排名较高的路线是到接近点的时间或距离较长的路线和/或最接近当前路线的路线。
在一些示例中,路线选择器508服务被配置为将机器人204的替代路线602、604反馈给冲突检测504服务。在这些示例中的一些示例中,冲突检测服务被配置为例如根据指示机器人的方位和速度的数据来确定机器人在替代路线上的相应轨迹。冲突检测服务被配置为根据机器人在相应轨迹上和附近移动物体在其预测轨迹上的比较来检测机器人和附近移动物体之间的任何冲突。冲突检测服务被配置为输出任何冲突的指示,以及在相应轨迹上到附近移动物体和机器人之间的接近点的时间或距离。并且路线选择器服务至少可以使用到接近点的时间或距离来确定成本度量并从中评估路线。
路线选择器508服务被配置为从路线(替代路线602、604以及可能还有当前路线402)中选择路线以用于机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免冲突。路线选择器服务可以被配置为输出所选择的路线的指示。在对路线进行排名的一些示例中,路线选择器服务可以输出路线中的一个或多个排名较高的路线的指示。路线选择器服务还可以输出状况消息,该状况消息具有诸如在路线中的排名较高的路线上的到附近移动物体与机器人之间的接近点的时间或距离等信息。
在一些示例中,MMS 210并且特别是MMS的任务执行子系统310被配置为确定至少一个机动以使机器人行进所选择的路线,并且MMS被配置为使机器人204执行至少一个机动。在对路线进行排名的一些示例中,MMS被配置为确定至少一个机动以使机器人行进路线402、602、604中的一个或多个排名较高的路线中所选择的路线。这可以包括MMS被配置为向RMS 208发送一个或多个机动命令以控制机器人遵循机动命令并由此执行至少一个机动。因此,MMS可以配置为使机器人行进所选择的路线。图7图示如前所述的机器人,以及可以使机器人行进以避免与附近移动物体404冲突的路线中的一个,特别是替代路线602。
在使机器人204行进替代路线中的一个(例如,替代路线602)的一些示例中,MMS210的任务执行子系统310进一步被配置为使机器人在机器人在替代路线中的一个上行进期间返回到当前路线。在这点上,轨道管理502、冲突检测504、替代路线生成器506服务和路线选择器508服务可以如上所描述的继续。可以定义成本度量,使得当冲突检测服务不再检测当前路线上的机器人的冲突时,当前路线402是路线402、602、604中排名最高的路线。任务执行子系统然后可以使机器人返回到当前路线。
尽管在附近移动物体的背景下进行描述,但是本公开的示例实施方式可以同样适用于附近静止物体或空间条件(例如物理障碍物(例如,人造结构、地形))、天气条件、人为威胁或禁飞区。在这些示例中的一些示例中,可以访问附近静止物体的方位或空间条件。根据在机器人轨迹上的机器人和附近静止物体的方位或空间条件的比较,可以检测机器人与附近静止物体或空间条件之间的冲突。可以以与在附近移动物体的背景下所描述的方式相同或相似的方式来确定替代路线、评估路线和选择路线。本文所描述的附近移动物体的背景下的其他示例也可以类似地应用于附近静止物体或空间条件的背景中。
图8A、图8B、图8C、图8D、图8E和图8F是图示根据本公开的示例实施方式的检测和避免沿机器人的当前路线402的冲突的方法800中的各个步骤的流程图。如图8A的框802所示,该方法包括访问机器人在机器人当前路线上的轨迹和附近移动物体的预测轨迹。如框804所示,该方法包括根据机器人和附近移动物体分别在机器人的轨迹和附近移动物体的预测轨迹上的比较来检测机器人和附近移动物体之间的冲突。
还如图所示,如框806所示,方法800包括为机器人确定替代路线602、604,每个替代路线包括从当前路线402偏移606的替代路线段602A、604A,以及从当前路线到替代路线段的过渡段602B、604B。如框808所示,该方法包括根据成本度量评估包括替代路线的路线,该成本度量取决于到附近移动物体和机器人之间的接近点(例如,最近接近点)的时间或距离以及与当前路线的距离。在一些示例中,成本度量进一步取决于沿路线的地形或机器人的环境状态中的至少一个。并且如框810所示,该方法包括从路线中选择一路线以用于机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免冲突。
在一些示例中,替代路线段602A、604A是预定义替代路线段。在这些示例中的一些示例中,如图8B的框812和814所示,在框806确定替代路线602、604包括对于替代路线,访问描述预定义替代路线段的信息,以及确定从当前路线402到预定义替代路线的过渡段602B、604B。
在一些示例中,机器人的当前路线402由路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来描述。在这些示例中的一些示例中,如图8C的框816所示,方法800进一步包括使用路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来确定机器人的轨迹。
在一些示例中,偏移606是预定义几何偏移。在这些示例中的一些示例中,如图8D的框818所示,在框806确定替代路线602、604包括对于替代路线,访问描述预定义几何偏移的信息。在框820确定具有预定义几何偏移的替代路线段602A、604A。并且如框822所示,确定从当前路线402到所确定的替代路线段的过渡段602B、604B。
在一些示例中,如图8E的框824所示,在框806确定替代路线602、604包括对于替代路线确定偏移606,该偏移是机器人的类型、机器人的状态或机器人的状况中的至少一个的函数。此外,在这些示例中的一些示例中,如框826所示,确定替代路线包括对于替代路线,确定具有所确定的偏移的替代路线段602A、604A。并且如框828所示,确定从当前路线402到所确定的替代路线段的过渡段602B、604B。
在一些示例中,如图8F的框830所示,方法800进一步包括使830机器人行进所选择的路线。并且在其中路线是替代路线602、604中的一个的一些进一步示例中,如框832所示,该方法进一步包括使机器人在机器人在替代路线中的一个上行进期间返回当前路线402。
根据本公开的示例实施方式,MMS 210及其包括对接子系统302、态势感知子系统304、任务规划子系统306、任务协调子系统308和任务执行子系统310的子系统可以通过各种器件来实施。用于实施MMS及其子系统的器件可以包括单独的或在来自计算机可读存储介质的一个或多个计算机程序的指导下的硬件。在一些示例中,一个或多个装置可以被配置为用作或以其他方式实施本文示出和描述的MMS及其子系统。在涉及多于一个装置的示例中,各个装置可以以多种不同方式连接到彼此或以其他方式相互通信,例如直接或间接地经由有线或无线网络等。
图9图示了根据本公开的一些示例实施方式的装置900。通常,本公开的示例性实施方式的装置可以包括、包含或体现在一个或多个固定或便携式电子设备中。该装置可以包括多个部件中的每个中的一个或多个,例如连接到存储器904(例如,存储设备)的处理电路系统902(例如,处理器单元)。
处理电路系统902可以由一个或多个处理器单独构成或与一个或多个存储器组合构成。处理电路系统通常是能够处理诸如数据、计算机程序和/或其他合适的电子信息的信息的任何计算机硬件。处理电路系统由电子电路的集合构成,其中一些电子电路可以封装为集成电路或多个互连集成电路(集成电路有时更通常称为“芯片”)。处理电路系统可以被配置为执行计算机程序,该计算机程序可以存储在处理电路系统上或以其他方式存储在(相同装置或另一装置的)存储器904中。
处理电路系统902可以是多个处理器、多核处理器或一些其他类型的处理器,这取决于特定实施方式。此外,可以使用多个异构处理器系统来实现处理电路系统,其中主处理器与单个芯片上的一个或多个辅助处理器一起存在。作为另一个说明性示例,处理电路系统可以是包含多个相同类型的处理器的对称多处理器系统。在又一示例中,处理电路系统可以体现为或以其他方式包括一个或多个ASIC、FPGA等。因此,尽管处理电路系统可能能够执行计算机程序以执行一种或多种功能,但各种示例的处理电路系统可能能够在没有计算机程序的帮助下执行一种或多种功能。在任一情况下,处理电路系统可以被适当地编程以执行根据本公开的示例实施方式的功能或操作。
存储器904通常是能够临时和/或永久地存储诸如数据、计算机程序(例如计算机可读程序代码906)和/或其他合适信息的信息的任何计算机硬件。存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器,并且可以是固定的或可移动的。合适的存储器的示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、闪存、拇指驱动器、可移动计算机软盘、光盘、磁带或以上的某种组合。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-R/W)、DVD等。在各种情况下,存储器可以被称为计算机可读存储介质。计算机可读存储介质是能够存储信息的非瞬态设备,并且与诸如能够将信息从一个位置传送到另一个位置的电子瞬态信号的计算机可读传输介质区分开。如本文所描述的计算机可读介质通常可以指计算机可读存储介质或计算机可读传输介质。
除了存储器904之外,处理电路系统902还可以连接到用于显示、发送和/或接收信息的一个或多个接口。接口可以包括通信接口908(例如,通信单元)和/或一个或多个用户接口。通信接口可以被配置为发送和/或接收信息,例如向其他(一个或多个)装置、(一个或多个)网络等发送和/或从其他(一个或多个)装置、(一个或多个)网络等接收信息。通信接口可以被配置为通过物理(有线)和/或无线通信链路发送和/或接收信息。合适的通信接口的示例包括网络接口控制器(NIC)、无线NIC(WNIC)等。
用户接口可以包括显示器910和/或一个或多个用户输入接口912(例如,输入/输出单元)。显示器可以被配置为向用户呈现或以其他方式显示信息,其合适的示例包括液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、等离子显示面板(PDP)等。用户输入接口可以是有线的或无线的,并且可以被配置为将来自用户的信息接收到装置中,例如用于处理、存储和/或显示。用户输入接口的合适示例包括麦克风、图像或视频捕获设备、键盘或小键盘、操纵杆、触敏表面(与触摸屏分离或集成到触摸屏中)、生物传感器等。用户接口进一步可以包括一个或多个接口,用于与诸如打印机、扫描仪等的外围设备进行通信。
如上所述,程序代码指令可以存储在存储器中,并且由由此被编程的处理电路系统执行,以实施本文所描述的系统、子系统、工具及其相应元件的功能。如将理解的,可以将任何合适的程序代码指令从计算机可读存储介质加载到计算机或其他可编程装置上以产生特定机器,使得特定机器成为用于实施本文指定的功能的器件。这些程序代码指令也可以存储在计算机可读存储介质中,该存储介质可以引导计算机、处理电路系统或其他可编程装置以特定方式运行,从而生成特定机器或特定制品。存储在计算机可读存储介质中的指令可以产生制品,其中制品变成用于实施本文描述的功能的器件。程序代码指令可以从计算机可读存储介质中检索并加载到计算机、处理电路系统或其他可编程装置中以配置计算机、处理电路系统或其他可编程装置以执行将在计算机、处理电路系统或其他可编程装置上执行或由计算机、处理电路系统或其他可编程装置执行的操作。
可以顺序地执行程序代码指令的检索、加载和执行,使得一次检索、加载和执行一个指令。在一些示例实施方式中,检索、加载和/或执行可以并行执行,使得多个指令被一起检索、加载和/或执行。程序代码指令的执行可以产生计算机实施的过程,使得由计算机、处理电路系统或其他可编程装置执行的指令提供用于实施本文描述的功能的操作。
由处理电路系统执行指令或在计算机可读存储介质中存储指令支持用于执行指定功能的操作的组合。以此方式,装置900可以包括处理电路系统902和耦合到处理电路系统的计算机可读存储介质或存储器904,其中处理电路系统被配置为执行存储在存储器中的计算机可读程序代码906。还将理解,一个或多个功能以及功能的组合可以由基于硬件的专用计算机系统和/或执行指定功能或专用硬件和程序代码指令的组合的处理电路系统来实施。
受益于前面的描述和相关的附图中所呈现的教导的本公开所属领域的技术人员将想到本文阐述的本公开的许多修改和其他实施方式。因此,应当理解,本公开不限于所公开的具体实施方式,并且修改和其他实施方式旨在包括在所附权利要求的范围内。此外,尽管前面的描述和相关的附图在元素和/或功能的某些示例组合的背景下描述了示例实施方式,但是应当理解,在不脱离所附权利要求的范围的情况下,可以由替代实施方式提供元素和/或功能的不同组合。在这点上,例如,与上面明确描述的那些不同的元件和/或功能的组合也被考虑,如可以在一些所附权利要求中阐述的一样。尽管本文使用了特定的术语,但它们仅用于一般性和描述性的意义,而不是为了限制的目的。
本公开包括以下条款中描述的主题:
条款1.一种用于检测和避免沿机器人(204)的当前路线(402)的冲突的装置(900),所述装置包括:
存储器(904),其被配置为存储计算机可读程序代码(906);和
处理电路系统(902),其被配置为访问存储器并执行所述计算机可读程序代码以使所述装置至少:
访问(802)所述机器人在所述机器人的所述当前路线上的轨迹和附近移动物体的预测轨迹;
根据所述机器人和所述附近移动物体分别在所述机器人的所述轨迹上和所述附近移动物体的所述预测轨迹上的比较来检测(804)所述机器人和所述附近移动物体之间的冲突;
确定(806)所述机器人的替代路线(602、604),每个替代路线包括从所述当前路线偏移(606)的替代路线段(602A、604A)和从所述当前路线到所述替代路线段的过渡段(602B、604B);
根据成本度量评估(808)包括所述替代路线的路线,所述成本度量取决于到所述附近移动物体和所述机器人之间的接近点的时间或距离,以及与所述当前路线的距离;和
从所述路线中选择(810)一路线以用于所述机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免所述冲突。
条款2.根据条款1所述的装置(900),其中所述替代路线段(602A、604A)是预定义替代路线段,并且使所述装置确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线,所述装置至少:访问(812)描述所述预定义替代路线段的信息;和
确定(814)从所述当前路线(402)到所述预定义替代路线段的过渡段(602B、604B)。
条款3.根据条款1或条款2所述的装置(900),其中所述机器人(204)的所述当前路线(402)由路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来描述,并且所述处理电路系统(902)被配置为执行所述计算机可读程序代码(906)以使所述装置使用所述路线命令、所述飞行规划或所述任务路线中的至少一个进一步确定(816)所述机器人的所述轨迹。
条款4.根据上述条款中任一项所述的装置(900),其中所述偏移(606)是预定义几何偏移,并且使所述装置确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线,使所述装置至少:
访问(818)描述所述预定义几何偏移的信息;
确定(820)具有所述预定义几何偏移的所述替代路线段(602A、604A);和
确定(822)从所述当前路线(402)到所确定的替代路线段的所述过渡段(602B、604B)。
条款5.根据上述条款中任一项所述的装置(900),其中使所述装置确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线,使所述装置至少:
确定(824)所述偏移(606),所述偏移是所述机器人(204)的类型、所述机器人的状态或机器人的状况中的至少一个的函数;
确定(826)具有所确定的偏移的所述替代路线段(602A、604A);和
确定(828)从所述当前路线(402)到所确定的替代路线段的所述过渡段(602B、604B)。
条款6.根据上述条款中任一项所述的装置(900),其中所述成本度量进一步取决于沿所述路线的地形或所述机器人(204)的环境状态中的至少一个。
条款7.根据上述条款中任一项所述的装置(900),其中所述处理电路系统(902)被配置为执行所述计算机可读程序代码(906)以使所述装置进一步使(830)所述机器人(204)行进所选择的路线。
条款8.根据条款7所述的装置(900),其中所述处理电路系统(902)被配置为执行所述计算机可读程序代码(906)以使所述装置进一步至少:
使(830)所述机器人(204)行进所述替代路线(602、604)中的一个路线;和
使(832)所述机器人(204)在所述机器人在所述替代路线中的一个上行进期间返回到所述当前路线(402)。
条款9.一种检测和避免沿机器人(204)的当前路线(402)的冲突的方法(800),所述方法包括:
访问(802)所述机器人在所述机器人的所述当前路线上的轨迹和附近移动物体的预测轨迹;
根据所述机器人和所述附近移动物体分别在所述机器人的所述轨迹上和所述附近移动物体的所述预测轨迹上的比较来检测(804)所述机器人和所述附近移动物体之间的冲突;
为所述机器人确定(806)替代路线(602、604),每个替代路线包括从所述当前路线偏移(606)的替代路线段(602A、604A)和从所述当前路线到所述替代路线段的过渡段(602B、604B);
根据成本度量评估(808)包括所述替代路线的路线,所述成本度量取决于到所述附近移动物体和所述机器人之间的接近点的时间或距离以及与所述当前路线的距离;和
从所述路线中选择(810)一路线以用于所述机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免所述冲突。
条款10.根据条款9所述的方法(800),其中所述替代路线段(602A、604A)是预定义替代路线段,并且确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线:
访问(812)描述所述预定义替代路线段的信息;和
确定(814)从所述当前路线(402)到所述预定义替代路线段的过渡段(602B、604B)。
条款11.根据条款9或条款10所述的方法(800),其中所述机器人(204)的所述当前路线(402)由路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来描述,并且所述方法进一步包括使用所述路线命令、所述飞行规划或所述任务路线中的至少一个来确定(816)所述机器人的所述轨迹。
条款12.根据条款9至11中任一项所述的方法(800),其中所述偏移(606)是预定义几何偏移,并且确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线:
访问(818)描述所述预定义几何偏移的信息;
确定(820)具有所述预定义几何偏移的所述替代路线段(602A、604A);和
确定(822)从所述当前路线(402)到所确定的替代路线段的所述过渡段(602B、604B)。
条款13.根据条款9至12中任一项所述的方法(800),其中确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线:
确定(824)所述偏移(606),所述偏移是所述机器人(204)的类型、所述机器人的状态或所述机器人的状况中的至少一个的函数;
确定(826)具有所确定的偏移的所述替代路线段(602A、604A);和
确定(828)从所述当前路线(402)到所确定的替代路线段的所述过渡段(602B、604B)。
条款14.根据条款9至13中任一项所述的方法(800),其中所述成本度量进一步取决于沿所述路线的地形或所述机器人(204)的环境状态中的至少一个。
条款15.根据条款9至14中任一项所述的方法(800),进一步包括使(830)所述机器人(204)行进所选择的路线。
条款16.根据条款9至15中任一项所述的方法(800),进一步包括:
使(830)所述机器人(204)行进所述替代路线(602、604)中的一个路线;和
使(832)所述机器人在所述机器人在所述替代路线中的一个上行进期间返回到所述当前路线(402)。
条款17.一种用于检测和避免沿机器人(204)的当前路线(402)的冲突的计算机可读存储介质(904),所述计算机可读存储介质是非暂时性的并且具有存储在其中的计算机可读程序代码(906),响应于处理电路系统(902)的执行,使装置至少:
访问(802)所述机器人在所述机器人的所述当前路线上的轨迹和附近移动物体的预测轨迹;
根据所述机器人和所述附近移动物体分别在所述机器人的所述轨迹上和所述附近移动物体的所述预测轨迹上的比较来检测(804)所述机器人和所述附近移动物体之间的冲突;
为所述机器人确定(806)替代路线(602、604),每个替代路线包括从所述当前路线偏移(606)的替代路线段(602A、604A)和从所述当前路线到所述替代路线段的过渡段(602B、604B);
根据成本度量评估(808)包括所述替代路线的路线,所述成本度量取决于到所述附近移动物体和所述机器人之间的接近点的时间或距离以及与所述当前路线的距离;和
从所述路线中选择(810)一路线以用于所述机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免冲突。
条款18.根据条款17所述的计算机可读存储介质(904),其中所述替代路线段(602A、604A)是预定义替代路线段,并且使所述装置(900)确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线,使所述装置至少:
访问(812)描述所述预定义替代路线段的信息;和
确定(814)从所述当前路线(402)到所述预定义替代路线段的所述过渡段(602B、604B)。
条款19.根据条款17或条款18所述的计算机可读存储介质(904),其中所述机器人(204)的所述当前路线(402)由路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来描述,并且所述计算机可读存储介质进一步具有存储在其中的计算机可读程序代码(906),响应于通过所述处理电路系统(902)的执行,使所述装置(900)使用所述路线命令、所述飞行规划或所述任务路线中的至少一个来进一步确定(816)所述机器人的所述轨迹。
条款20.根据条款17至19中任一项所述的计算机可读存储介质(904),其中所述偏移(606)是预定义几何偏移,并且使所述装置(900)确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线,使所述装置至少:
访问(818)描述所述预定义几何偏移的信息;
确定(820)具有所述预定义几何偏移的所述替代路线段(602A、604A);和
确定(822)从所述当前路线(402)到所确定的替代路线段的所述过渡段(602B、604B)。
条款21.根据条款17至20中任一项所述的计算机可读存储介质(904),其中使所述装置(900)确定(806)所述替代路线(602、604)包括对于替代路线,使所述装置至少:
确定(824)所述偏移(606),所述偏移是所述机器人(204)的类型、所述机器人的状态或所述机器人的状况中的至少一个的函数;
确定(826)具有所确定的偏移的替代路线段(602A、604A);和
确定(828)从所述当前路线(402)到所确定的替代路线段的所述过渡段(602B、604B)。
条款22.根据条款17至21中任一项所述的计算机可读存储介质(904),其中所述成本度量进一步取决于沿所述路线的地形或所述机器人(204)的环境状态中的至少一个。
条款23.根据条款17至22中任一项所述的计算机可读存储介质(904),其中所述计算机可读存储介质进一步具有存储在其中的计算机可读程序代码(906),响应于由所述处理电路系统(902)的执行,使所述装置(900)进一步使(830)所述机器人(204)行进所选择的路线。
条款24.根据条款23所述的计算机可读存储介质(904),其中所述计算机可读存储介质进一步具有存储在其中的计算机可读程序代码(906),响应于所述处理电路系统(902)的执行,使所述装置(900)进一步至少:
使(830)所述机器人(204)行进所述替代路线(602、604)中的一个路线;和
使(832)所述机器人(204)在所述机器人在所述替代路线中的一个上行进期间返回到所述当前路线(402)。
Claims (16)
1.一种用于检测和避免沿机器人的当前路线的冲突的装置,所述装置包括:
存储器,其被配置为存储计算机可读程序代码;和
处理电路系统,其被配置为访问所述存储器并执行所述计算机可读程序代码以使所述装置至少:
访问所述机器人在所述机器人的所述当前路线上的轨迹和附近移动物体的预测轨迹;
根据所述机器人与所述附近移动物体分别在所述机器人的轨迹上和所述附近移动物体的所述预测轨迹上的比较,检测所述机器人与所述附近移动物体之间的冲突;
确定用于所述机器人的替代路线,每个替代路线包括从所述当前路线偏移的替代路线段和从所述当前路线到所述替代路线段的过渡段;
根据成本度量评估包括所述替代路线的路线,所述成本度量取决于到所述附近移动物体和所述机器人之间的接近点的时间或距离以及与所述当前路线的距离;和
从所述路线中选择一路线以用于所述机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免所述冲突。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述替代路线段是预定义替代路线段,并且使所述装置确定所述替代路线包括对于替代路线,使所述装置至少:
访问描述所述预定义替代路线段的信息;和
确定从所述当前路线到所述预定义替代路线段的所述过渡段。
3.根据权利要求1所述的装置,其中所述机器人的所述当前路线由路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来描述,并且所述处理电路系统被配置为执行所述计算机可读程序代码以使所述装置使用所述路线命令、所述飞行规划或所述任务路线中的至少一个来进一步确定所述机器人的所述轨迹。
4.根据权利要求1所述的装置,其中所述偏移是预定义几何偏移,并且使所述装置确定所述替代路线包括对于替代路线,使所述装置至少:
访问描述所述预定义几何偏移的信息;
确定具有所述预定义几何偏移的所述替代路线段;和
确定从所述当前路线到所确定的所述替代路线段的所述过渡段。
5.根据权利要求1所述的装置,其中使所述装置确定所述替代路线包括对于替代路线,使所述装置至少:
确定作为所述机器人的类型、所述机器人的状态或所述机器人的状况中的至少一个的函数的所述偏移;
确定具有所确定的所述偏移的所述替代路线段;和
确定从所述当前路线到所确定的所述替代路线段的所述过渡段。
6.根据权利要求1所述的装置,其中所述成本度量进一步取决于沿所述路线的地形或所述机器人的环境状态中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的装置,其中所述处理电路系统被配置为执行所述计算机可读程序代码以使所述装置进一步使所述机器人行进所选择的路线。
8.根据权利要求7所述的装置,其中所述处理电路系统被配置为执行所述计算机可读程序代码以使所述装置进一步至少:
使所述机器人行进作为所述替代路线中的一个的所述路线;和
使所述机器人在所述机器人在所述替代路线中的一个上行进期间返回到所述当前路线。
9.一种检测和避免沿机器人的当前路线的冲突的方法,所述方法包括:
访问所述机器人在所述机器人的所述当前路线上的轨迹和附近移动物体的预测轨迹;
根据所述机器人和所述附近移动物体分别在所述机器人的所述轨迹上和所述附近移动物体的所述预测轨迹上的比较,检测所述机器人和所述附近移动物体之间的冲突;
确定用于所述机器人的替代路线,每个替代路线包括从所述当前路线偏移的替代路线段和从所述当前路线到所述替代路线段的过渡段;
根据成本度量评估包括所述替代路线的路线,所述成本度量取决于到所述附近移动物体和所述机器人之间的接近点的时间或距离以及与所述当前路线的距离;和
从所述路线中选择一路线以用于所述机器人的引导、导航或控制中的至少一个以避免所述冲突。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述替代路线段是预定义替代路线段,并且确定所述替代路线包括对于替代路线:
访问描述所述预定义替代路线段的信息;和
确定从所述当前路线到所述预定义替代路线段的所述过渡段。
11.根据权利要求9所述的方法,其中所述机器人的所述当前路线由路线命令、飞行规划或任务路线中的至少一个来描述,并且所述方法进一步包括使用所述路线命令、所述飞行规划或所述任务路线中的至少一个来确定所述机器人的所述轨迹。
12.根据权利要求9所述的方法,其中所述偏移是预定义几何偏移,并且确定所述替代路线包括对于替代路线:
访问描述所述预定义几何偏移的信息;
确定具有所述预定义几何偏移的所述替代路线段;和
确定从所述当前路线到所确定的所述替代路线段的所述过渡段。
13.根据权利要求9所述的方法,其中确定所述替代路线包括对于替代路线:
确定作为所述机器人的类型、所述机器人的状态或所述机器人的状况中的至少一个的函数的所述偏移;
确定具有所确定的所述偏移的所述替代路线段;和
确定从所述当前路线到所确定的所述替代路线段的所述过渡段。
14.根据权利要求9所述的方法,其中所述成本度量进一步取决于沿所述路线的地形或所述机器人的环境状态中的至少一个。
15.根据权利要求9所述的方法,进一步包括使所述机器人行进所选择的所述路线。
16.根据权利要求9所述的方法,进一步包括:
使所述机器人行进作为所述替代路线中的一个的所述路线;和
使所述机器人在所述机器人在所述替代路线中的一个上行进期间返回到所述当前路线。
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