DE60011674T2

DE60011674T2 - Autonomes mehrplattform robotersystem

Info

Publication number: DE60011674T2
Application number: DE60011674T
Authority: DE
Inventors: A. Bret WALLACH; A. Harvey KOSELKA; L. David GOLLAHER
Original assignee: VISION ROBOTICS CORP SAN DIEGO; Vision Robotics Corp
Current assignee: VISION ROBOTICS CORP SAN DIEGO; Vision Robotics Corp
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2020-11-23
Also published as: JP4951180B2; US20020095239A1; WO2001038945A9; ATE269554T1; CA2392231C; EP1240562A1; EP1240562B1; WO2001038945A1; US6496755B2; CN1188762C; CN1399734A; JP2003515801A; DE60011674D1; AU1796301A; CA2392231A1; US6374155B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mobile Robotersysteme und insbesondere betrifft sie ein System und ein Verfahren zum Zuweisen von Kartierungs-, Ortsbestimmungs-, Planungs-, Steuer- und Aufgabendurchführungs-Funktionen in einer autonomen Mehrplattform-Roboterumgebung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Mobile Roboter sind entworfen, entwickelt und eingesetzt worden, um eine Vielzahl von Aufgaben wie Reinigung und Sicherheit wahr zu nehmen. Die meisten mobilen Roboter sind nicht autonom: das bedeutet, dass sie nicht in der Lage sind, autonom zu navigieren. Die wirtschaftlichen Vorteile, die durch nicht autonome Roboter bereitgestellt werden, sind begrenzt durch das nicht anpassungsfähige Verhalten der Roboter und ihre aufwändigen Installationskosten. Oft müssen Fachleute auf diesem Gebiet der Technik angeheuert und bezahlt werden, um die Roboter für bestimmte Wege und Aufgaben vorweg zu programmieren. Es kann notwendig sein, Objekte in der Umgebung einzubauen, um die Roboter zu lenken, wie dies Schienen, eingebaute, Signale ausstrahlende Drähte, Marker oder Fühler sind. Weitere Modifikationen der Umgebung können auch notwendig sein, um die Installations- und Betriebsprobleme gering zu halten.
Einige mobile nicht autonome Roboter können Hindernisse erkennen, die ihre Wege blockieren, und können anhalten oder geringfügig von ihren Wegen abweichen, um solche Hindernisse zu vermeiden. Wenn die Umgebung jedoch deutlich wie durch Bewegen eines großen Einrichtungsgegenstands modifiziert ist, reagieren herkömmliche nicht autonome Roboter nicht richtig. Ein Teil oder der gesamte Installationsvorgang muss oftmals wiederholt werden. In Hinblick auf diese Einschränkungen werden nicht autonome Roboter üblicherweise nur auf unveränderlichen und sehr wertvollen Wegen eingesetzt. Obwohl einige nicht autonome Roboter auf zufälliger Bewegung aufbauen, um ihre Aufgaben zu erfüllen, wie Schwimmbeckenreinigungsroboter, eignen sich nur eine begrenzte Anzahl von Anwendungen für diesen Lösungsweg.
Völlig autonome mobile Roboter haben sich über die Forschungslabore in den letzten Jahren hinaus entwickelt. Autonome Roboter sind in der Lage, durch ihre Umgebung mittels Erfassen und Reagieren auf ihre Umgebungen und die Umgebungsbedingungen zu navigieren. Autonome Roboternavigation umfasst vier Hauptaufgaben: Kartieren, Ortsbestimmung, Planung und Steuerung. Diese eng verwandten Konzepte sind analog dem Stellen der Fragen "Wo bin ich?" (Kartieren und Ortsbestimmung), gefolgt von "Wo will ich sein?" oder "Was will ich tun?" (Planen) und schließlich "Wie komme ich dorthin?" oder "Wie kann ich das durchführen?" (Steuerung).
Sobald das Kartieren abgeschlossen ist, müssen die laufende Position des Roboters, die Ausrichtung und die Veränderungsrate in der Landkarte bestimmt werden. Dieser Vorgang wird als Ortbestimmung bezeichnet. Autonome Roboter, welche auf 2D-Kartieren und Ortsbestimmung vertrauen, sind nicht in der Lage mit entsprechender Verlässlichkeit auf Grund der relativen Einfachheit der Karte zu navigieren. Die Roboter verlaufen sich oft, bleiben. stecken oder fallen hin. Der Einsatz von dynamischem 3D-Kartieren und Ortsbestimmung erlaubt im Gegensatz dazu eine Navigation, die verlässlicher ist, umfasst aber komplexe Berechnungen, welche einen großen Aufwand an Verarbeitungsüberbau erfordern. 3D-Karten weisen typischerweise Millionen von Zellen auf, welche einfache Betriebsabläufe wie Richtzeichenermittlung, Ortsbestimmung und Planung vom Rechenaufwand intensiv gestalten. Die sich daraus ergebenden verarbeitungsbedingten Verzögerungen beschränken die Geschwindigkeit der Roboterbewegung und der Aufgabenerfüllung.
Sobald das Kartieren und die Ortsbestimmung abgeschlossen sind, müssen die Aufgabenplanung und Aufgabendurchführung angegangen werden. Einiges an Ortsbestimmung wird immer noch während der Aufgabendurchführung erforderlich sein. Mit einem Roboter, welcher versucht, sich örtlich zu bestimmen, während er Aufgaben durchführt, führt dies zu nicht annehmbaren Verzögerungen. Wenn mehrere Roboter eingesetzt werden, sind die Nachteile, die oben beschrieben sind, immer noch vorhanden und müssen in mehrfacher Weise behandelt werden.
Ein überwachter autonomer Reaktionsroboter für Sicherheitsaufgaben wird durch Ciccimaro et al. in American Nuclear Society 8^th International Topical Meeting on Robotics beschrieben und Fernsteuerungssysteme (ANS'99) und kollektive Gestaltungen von zusammen wirkenden Robotern werden in "A Taxonomy for Multi-agent Robotics" von Dudek et al., Autonomous Robots, Seiten 5 bis 29, beschrieben.
Angesichts der obigen Ausführungen besteht Bedarf an einem autonomen Mehr-Robotersystem, welches schnelles, genaues und Kosten effizientes Kartieren und örtliches Bestimmen als auch wirksames Planen und Zuteilen von Aufgaben aufweist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System von mobilen Robotern, ein Verfahren zum Mehr-Roboter-Betrieb und für einen autonomen, mobilen Navigationsroboter, wie in den angeschlossenen Ansprüchen dargelegt, bereit gestellt.
Für jede Aufgabe arbeiten ein Navigationsroboter und ein gegebener Funktionsroboter paarweise zusammen.
Kartierungs-, Ortsbestimmungs-, Planungs- und Steuerungsfunktionen werden wenigstens einem Navigationsroboter zugewiesen und funktionale Aufgaben werden einem oder mehreren Funktionsrobotern zugewiesen. In einer Umsetzung wird das System zum Reinigen des Inneren eines Hauses oder Büros verwendet. In dieser Umsetzung führen die Funktionsroboter die Aufgaben des Staubsaugens, Aufwaschens, Wischens, Reinigens von Badezimmereinrichtungen usw. durch, während der Navigationsroboter die Funktionsroboter navigiert, bewegt und überwacht.
In einer Ausführungsform führt der Navigationsroboter alle oder im Wesentlichen alle Berechnungen des Kartierens, örtlichen Bestimmens, Planens und Steuerns sowohl für sich selbst als auch für die Funktionsroboter durch. Dementsprechend ist der Navigationsroboter mit Sensoren und Sensorverarbeitungshardware, welche für diese Aufgaben erforderlich ist, ausgestattet. Die Funktionsroboter in dieser Ausführungsform führen im Gegenzug keine oder nur einige wenige der Berechnungen zur örtlichen Bestimmung, Planung oder Steuerung durch und sind daher nicht mit Sensoren oder Hardware, welche für diese Zwecke eingesetzt wird, ausgestattet.
Dementsprechend ist in einer Ausführungsform ein System autonomer Roboter bereit gestellt, umfassend: wenigstens einen ersten mobilen Roboter, welcher so konfiguriert ist, um eine oder mehrere wieder kehrende Aufgaben innerhalb eines Flächenbereichs auszuführen; und wenigstens einen zweiten Roboter, welcher so konfiguriert ist, um die gesamte Bewegung des wenigstens einen ersten Roboters in einem Flächenbereich zu lenken.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Durchführen einer wieder kehrenden Aufgabe innerhalb eines Flächenbereichs bereit gestellt, umfassend die Schritte: Durchführen der wieder kehrenden Aufgabe mit wenigstens einem ersten mobilen Roboter; und Lenken der gesamten Bewegung an dem wenigstens einen ersten Roboter in einem Flächenbereich mit wenigstens einem zweiten Roboter.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System von autonomen, mobilen Robotern, welche in einer Umgebung arbeiten, bereitgestellt. Das System umfasst einen oder mehrere mobile Funktionsroboter, welche für die Durchführung funktionaler Aufgaben verantwortlich sind. Das System umfasst des Weiteren einen oder mehrere mobile Navigationsroboter, welche sich selbst und den(die) Funktionsroboter innerhalb der Umgebung lokalisieren, die Aufgaben, welche durch den(die) Funktionsroboter durchgeführt werden müssen, planen und den(die) Funktionsroboter während der Aufgabendurchführung steuern. In einer Ausführungsform bleibt(en), wenn sich ein Funktionsroboter bewegt, der(die) Navigationsroboter, welche(r) ihn steuert, ortsfest.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für den autonomen Mehr-Roboter-Betrieb bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Bereitstellen wenigstens eines Navigationsroboters und wenigstens eines Funktionsroboters;
(b) mit dem wenigstens einen Navigationsroboter Erstellen einer Karte der Umgebung;
(c) mit dem wenigstens einen Navigationsroboter Erfassen des Aufenthaltsorts des wenigstens einen Navigationsroboters und des wenigstens einen Funktionsroboters auf der Karte;
(d) mit dem wenigstens einen Navigationsroboter Planen von Aufgaben, die durch den wenigstens einen Funktionsroboter ausgeführt werden sollen;
(e) mit dem wenigstens einen Funktionsroboter Ausführen der Aufgaben, die durch den wenigstens einen Navigationsroboter geplant wurden; und
(f) mit dem wenigstens einen Navigationsroboter Steuern und Verfolgen des wenigstens einen Funktionsroboters während der Aufgabenausführung.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Umsetzen eines autonomen mobilen Plattformsystems bereit. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Bereitstellen einer Mehrzahl mobiler Plattformen;
Zuweisen der Kartierungs-, Ortsbestimmungs-, Planungs- und Steuerungsfunktionen an einen ersten Satz mobiler Plattformen;
Zuweisen funktionaler Aufgabenerfüllungsfunktionen an einen zweiten Satz mobiler Plattformen;
Kartieren der Umgebung, örtliches Bestimmen im Wesentlichen aller Plattformen innerhalb der Umgebung und Planen der Aufgabenausführung mit dem ersten Satz mobiler Plattformen;
Durchführen der Aufgaben mit dem zweiten Satz mobiler Plattformen; und
Steuern und Verfolgen der Aufgabendurchführung durch den zweiten Satz Plattformen mit dem ersten Satz Plattformen.

Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung als auch die Struktur des Betriebs der verschiedenen Ausführungsformen werden genau im Folgenden mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktional ähnliche Elemente.
1 ist ein Blockdiagramm eines Mehr-Roboter-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm eines Navigationsroboters gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Blockdiagramm, welches die Kommunikation zwischen einem Navigationsroboter und einem Funktionsroboter darstellt.
4 ist ein Blockdiagramm eines Funktionsroboters gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm, welches einen Navigationsroboter zeigt, wie er einen Funktionsroboter um ein Hindernis herum manövriert.
6 ist ein Blockdiagramm, welches einen Navigationsroboter zeigt, wie er sich selbst in Richtung eines Funktionsroboters manövriert.
7a ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren darstellt, durch welches der Navigationsroboter sich selbst innerhalb einer dynamischen Karte der Umgebung örtlich bestimmt.
7b ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren darstellt, durch welches der Navigationsroboter das Vorausplanen durchführt.
7c ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren darstellt, durch welches der Navigationsroboter die Funktionsroboter während der Aufgabenausführung steuert und verfolgt.
8 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Umsetzen eines Mehr-Roboter-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1. EINLEITUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Zuweisen der Kartierung, der Ortbestimmung, Planung, Steuerung und Aufgabendurchführung in einer Mehr-Roboter-Umgebung. Insbesondere und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Kartierungs-, Ortsbestimmungs-, Planungs- und Steuerungsfunktionen einer mobilen Plattform (dem Navigationsroboter) zugewiesen und die Aufgabendurchführungsfunktionen der wenigstens einen zweiten mobilen Plattform (dem Funktionsroboter) zugewiesen.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile herkömmlicher Systeme, die derzeit in Verwendung stehen, indem nahezu Echtzeitmanövrierung und Aufgabenerfüllung bereitgestellt wird. Eine ideale Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht in der Haushalts- oder Büroreinigung, welche typischerweise vielzählige und sich wiederholende Aufgaben wie Staubsaugen, Zusammenkehren und Abwischen mit sich bringt. Die vorliegende Erfindung könnte jedoch in jeder Umgebung, wo mehrere Roboter manövriert werden, um zugewiesene Aufgaben auszuführen, umgesetzt werden.
2. SYSTEMKOMPONENTEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Mehr-Roboter-Systems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System 100 umfasst einen Navigationsroboter 110, mehrere Funktionsroboter 120 und (wahlweise) eine Basisstation 130. Es sollte beachtet werden, dass die Basisstation 130, obwohl sie Vorteile mit sich bringt, die im Folgenden beschrieben werden, in keiner Ausführungsform unbedingt erforderlich ist.
Die Basisstation 130, wenn eingeschlossen, kann mit Ladestationen ausgestattet sein, um die mobilen Roboter 110 und 120 wiederum aufzuladen. Darüber hinaus kann die Basisstation 130 so konfiguriert sein, um bei der Aufgabenausführung unterstützend zu wirken. Wenn zum Beispiel das System 100 in einer Wohnungsreinigungsumgebung umgesetzt wird, kann die Basisstation 13D mit einem Papierkorb, einem Müllkorb, einem Wasserbehälter und Ähnlichem ausgestattet sein, um in der Durchführung der angeforderten Aufgaben zu helfen.
In einer Ausführungsform ist der Navigationsroboter 110 für alle oder im Wesentlichen alle Kartierungs-, Ortsbestimmungs-, Planungs- und Steuerungsfunktionen verantwortlich. Er erzeugt und hält die Umgebungskarte, eine Liste der zu erfüllenden Aufgaben, einen Aufgabenablaufplan und einen Ladezeitplan auf Stand. Der Navigationsroboter 110 ist mit allen Sensoren und aller Hardware konfiguriert, die zum Navigieren und Manövrieren seiner selbst als auch der Funktionsroboter 120 erforderlich ist. In diesem Bezug weist der Navigationsroboter 110 einen Sender zum Kommunizieren von Befehlen an die Funktionsroboter 120 auf.
Die Funktionsroboter 120 führen besondere Aufgaben aus und können so gestaltet und bemessen sein, um die Ausführung jener Aufgaben zu ermöglichen. Die Roboter 120 sind mit Empfängern zum Empfangen der Befehle vom Navigationsroboter 110 ausgestattet und, wie in 1 gezeigt, einmalige Formen oder Markierungen 122 können den Robotern 120 zugewiesen sein, um den Navigationsroboter 110 in der Erkennung, Ortsbestimmung und Verfolgung der Funktionsroboter zu unterstützen. In einer Ausführungsform sind die Roboter 120 vorzugsweise nicht mit zusätzlichen Sensoren, Sensorhardware und Ähnlichem ausgestattet, da der Navigationsroboter 110 diese Funktionen ausführt. Wenn erwünscht, können jedoch die Roboter 120 mit Sensoren und Ähnlichem ausgestattet sein, um ihre Funktionalität zu verbessern.
a. NAVIGATIONSROBOTER
2 ist ein Blockdiagramm eines Navigationsroboters 110 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die besondere Umsetzung des Roboters 110, gezeigt in 2, ist zu bloß veranschaulichenden Zwecken bereit gestellt und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass eine besondere körperliche Architektur für den Navigationsroboter 110 erforderlich ist.
Ein Sensor 202 ist auf dem Navigationsroboter 110 angebracht. Der Sensor 202 kann jede Art Sensor sein, die für die Roboterumgebung geeignet ist und es können auch mehrere Sensoren eingesetzt werden. Er kann in einer feststehenden Position angebracht oder alternativ derart konfiguriert sein, dass er in der Lage ist, die Position und Ausrichtung relativ zum Navigationsroboter 110 zu verändern. In Abhängigkeit vom Sensortyp und der Systemkomplexität kann die Position und Ausrichtung des Sensors 202 der Steuerung des Navigationsroboters 110 unterliegen oder auch nicht.
In einer beispielhaften Umsetzung ist der Sensor 202 eine Kamera, welche optische Bilder der umliegenden Umgebung aufzeichnet. In einer anderen Umsetzung umfasst der Sensor 202 einen Satz Kameras, um eine Stereosicht zum Erzielen detaillierterer und genauerer Information über die Roboterumgebung bereit zu stellen. Andere Sensorwahlmöglichkeiten umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Radar, Lichtmaser betriebenes Radar, Sonar und/oder Kombinationen derselben. Der Betrieb und die Konfiguration solcher Sensoren wird den Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet der Technik vertraut sein. Der Navigationsroboter 110 umfasst des Weiteren den Steuerteil 204, die Energiequelle und das Energieversorgungssystem 206, den Sender 208, den Motorsteuerteil 210, Motor 212 und die Räder 214. Der Steuerteil 204 umfasst einen Prozessor oder eine Zentralrecheneinheit (CPU) 216, einen Zwischenspeicher oder RAM 218 und einen nicht flüchtigen Speicher 220. Informationen wie Karten und Arbeitsplanlisten werden im nicht flüchtigen Speicher 220 gespeichert, welcher in einer Umsetzung ein EPROM oder EEPROM ist. Der Steuerteil 204 empfängt und verarbeitet Information vom Sensor 202 in Bezug auf die umliegende Umgebung des Roboters. Diese kann Information wie die örtliche Position des Navigationsroboters 110, die örtliche Position der anderen Funktionsroboter 120, in der Nähe befindlicher Richtzeichen und so weiter umfassen. Der Steuerteil 204 verwendet diese Information, um zu bestimmen, welche Aufgaben oder Bewegungen als Nächstes auftreten.
Der Steuerteil 204 steuert, basierend auf der verfügbaren Information, die Ortsveränderung und das Manövrieren des Navigationsroboters 110. Das Verfahren und die Mittel, durch welche der Navigationsroboter 110 sich selbst manövriert und die Fortbewegung bewirkt, wird als "Regelkreis" bezeichnet und umfasst den Motorsteuerteil 210, den Motor 212 und die Räder 214. Der Steuerteil 204 sendet, basierend auf der Information vom Sensor 202, geeignete Befehle an den Motorsteuerteil 210. Der Motorsteuerteil 210 regelt den Motor 212 gemäß diesen Befehlen. Der Motor 212 seinerseits treibt die Räder 214 an. In einigen Umsetzungen kann in Abhängigkeit vom Verfahren und der Komplexität der Fortbewegung der Regelkreis auch Servomotoren, Stellglieder, Sender und Ähnliches umfassen. Der Regelkreis kann auch Wegstreckendaten sammeln und diese an den Steuerteil 204 übertragen.
Wie in 3 dargestellt, steuert der Steuerteil 204 in einer Ausführungsform auch die Bewegung der Funktionsroboter 120 mittels des Senders 208. Der Steuerteil 204 verarbeitet die Sensoreingabe 201, die vom Sensor 202 empfangen wird, um zu bestimmen, welche Aufgabe, Bewegung oder andere Funktion des(der) Funktionsroboter als Nächstes unternommen werden sollte. Der Sender 208 überträgt geeignete Steuersignale 209 an den Empfänger 302 des Funktionsroboters 120.
Der Sender 208 und der Empfänger 302 können jedes geeignete Kommunikationsmittel und -medium verwenden. In einer Umsetzung werden akustische Wellen für die Kommunikation zwischen Navigationsroboter 110 und Funktionsroboter 120 eingesetzt. In einem Umsetzungsbeispiel würde eine akustische Welle auf einer Frequenz Bewegung in eine Richtung (d.i. vom Navigationsroboter 110 zum Funktionsroboter 120) bedeuten, während eine akustische Welle auf einer anderen Frequenz Bewegung in eine andere Richtung (d.i. vom Funktionsroboter 120 zum Navigationsroboter 110) bedeutet. Andere geeignete Kommunikationsmittel umfassen, aber sind nicht darauf beschränkt, leitungsgebundene Kommunikation oder drahtlose Kommunikation, Infrarotsignale und magnetische Induktion.
b. FUNKTIONSROBOTER
4 ist ein Blockdiagramm eines Funktionsroboters 120 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wiederum ist die besondere Umsetzung des Roboters 120, gezeigt in 4, zu bloß veranschaulichenden Zwecken bereit gestellt und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass eine besondere körperliche Architektur für den Roboter 120 erforderlich ist. Wie oben beschrieben, umfasst der Funktionsroboter 120 einen Empfänger 302. Der Regelkreis zum Bewegen und Manövrieren des Roboters 120 umfasst die Energiequelle und das Energieversorgungssystem 402, den Motorsteuerteil 404, den Motor 406 und die Räder 408. Steuersignale, die vom Navigationsroboter 110 mittels des Empfängers 302 empfangen werden, lenken den Motorsteuerteil 404. Der Steuerteil 404 regelt den Motor 406, welcher seinerseits die Räder 408 antreibt. Der Regelkreis kann auch Servomotoren, Stellglieder, Sender und Ähnliches umfassen.
Die Energiequelle und die Versorgungsmodule des Navigationsroboters 110 und des Funktionsroboters 120 können ähnlich oder identisch sein. Der Energiequellenabschnitt kann jede geeignete Energiequelle umfassen, darunter, aber nicht darauf beschränkt, Batterien, elektrische Auslässe, Brennstoffzellen, Verbrennungsmotoren und andere Motoren oder Kombinationen derselben. Der Energieversorgungsabschnitt bedient die Energiequelle und verteilt sie, um jede anwendbare Bedingung oder jedes anwendbare Erfordernis zu erfüllen.
3. SYSTEMBETRIEB
Wie oben erwähnt, stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum Zuweisen der Kartierung, der Ortbestimmung, Planung, Steuerung und Aufgabendurchführung in einer kommerziellen Mehr-Roboter-Umgebung bereit. Insbesondere sind in einer Ausführungsform die Kartierungs-, Ortsbestimmungs-, Planungs- und Steuerungsfunktionen einer mobilen Plattform (dem Navigationsroboter) zugewiesen und die Aufgabendurchführungsfunktionen sind der wenigstens einen zweiten mobilen Plattform (dem Funktionsroboter) zugewiesen. Jede Funktion (Kartierung, Ortbestimmung, Vorplanung, Planung und Steuerung und Aufgabendurchführung) ist im Folgenden besprochen.
a. KARTIEREN
In einer Ausführungsform führt der Navigationsroboter 110 alle oder im Wesentlichen alle Kartierungsfunktionen aus. Das Kartieren ist der Vorgang, durch welchen eine Darstellung der Umgebung erzeugt und mit Sensordaten und durch vorprogrammierte Eingabe aktualisiert wird. Mehrere Karten, die unterschiedliche Niveaus der Auflösung, Stabilität und/oder Koordinatensysteme aufweisen, können aufrechterhalten werden. Dynamisches Kartieren erhält die laufende dynamische Karte (CDM), welche eine auf Wahrscheinlichkeit aufbauende zweidimensionale (2D) oder dreidimensionale (3D) Karte der Umgebung des Roboters ist, auf Stand. Eine statische Karte des äußeren Umfangs (d.s. Raumwände oder Platzgrenzen) der Umgebung kann auch erzeugt werden. Die Karten, welche durch den Navigationsroboter 110 erzeugt werden, werden im RAM 218 oder im nicht flüchtigen Speicher 220 gespeichert.
Der wiederholende Kartierungsvorgang umfasst im Wesentlichen die Schritte des Bewegens in eine neue Position, des Sammelns von Sensordaten der Objekte und Hindernisse im unmittelbaren Umgebungsbereich, des Durchführens der Ortsbestimmung und des Aktualisierens der dynamischen Karte, um die Information, die von den neuen Sensordaten abgeleitet wird, einfließen zu lassen. Dieser Vorgang ist rechenleistungsmäßig intensiv und zeitaufwändig. Wie erklärt werden wird, verringert die Zusammenführung dieser Kartierungsfunktionen im Navigationsroboter 110 jedoch die Zeit, die zum Kartieren erforderlich ist, auf einen Bruchteil der Zeit, welche herkömmliche Systeme zum Kartieren anfordern.
Wie oben bemerkt, kann zusätzlich zu einer dynamischen Karte der Umgebung eine statische Karte der äußeren Grenze der Umgebung erzeugt werden. Die Karte kann zum Beispiel die Wände eines Gebäudes oder die Grenzen eines Platzes umfassen. Sie kann vorbestimmt sein und in den Navigationsroboter 110 eingegeben werden oder alternativ kann der Navigationsroboter 110 eine statische Karte der Umgebung erstellen, bevor die Aufgabendurchführung eingeleitet wird. Im letzteren Fall folgt in einer Ausführungsform der Navigationsroboter 110 einer körperlich deutlichen Begrenzungslinie, wobei er eine dynamische Karte, während er sich bewegt, auf Stand hält und die Begrenzungslinieninformation aus der dynamischen Karte in die statische Karte einfügt. Der Vorgang setzt sich fort, bis die statische Karte vollständig, konsistent und stabil vorliegt.
Der Vorgang des Erzeugens der statischen Karte ist relativ langwierig und wiederholend. Vorzugsweise wird er genau einmal bei der. Einführung des Systems in eine neue Umgebung ausgeführt. Die genaue Methodologie, die eingesetzt wird, um die Karte zu erzeugen, hängt von den verwendeten Sensoren und den gewählten Algorithmen ab, um die notwendigen Berechnungen auszuführen. Sobald erzeugt, wird in einer Umsetzung die statische Karte dauerhaft im Navigationsroboter 110 gespeichert. Der Navigationsroboter 110 kann seine Position auf der statischen Karte durch Erkennen von Richtzeichen und anderen körperlichen Attributen der Umgebung und durch Ausrichten der CDM innerhalb der statischen Karte festlegen. Kein Ursprung oder Bezugspunkt ist erforderlich. per Einsatz gewisser Annahmen kann die Zeit und den Rechnereinsatz, die erforderlich sind, um die statische Karte zu erzeugen, verkürzen. In einer Büro- oder Wohnungsumgebung zum Beispiel kann angenommen werden, dass Wände rechtwinkelig und gerade sind. Der Einsatz solcher Annahmen verringert die Zeit, die erforderlich ist, um die statische Karte zu erzeugen.
In einer Umsetzung umfasst der Kartierungsvorgang drei Karten, die von den Sensordaten erzeugt werden, welche von einem Paar von digitalen Stereokameras abgeleitet werden, die auf dem Navigationsroboter 110 angebracht sind. Die erste Karte in dieser Umsetzung ist eine temporäre Karte (TM) der unmittelbaren Umgebung des Navigationsroboters 110. Im Besonderen ist die temporäre Karte eine probalistische 3D-Darstellung, die vom letzten Stereobilderpaar der unmittelbar umliegenden Umgebung erzeugt wird. Die zweite Karte in dieser Umsetzung ist die laufende dynamische Karte (CDM). Die CDM ist eine probalistische 3D-Darstellung der Arbeitsumgebung und ist durch wiederholtes Einarbeiten von Information aus aufeinander folgenden temporären Karten erzeugt. Die CDM in dieser Umsetzung wird jedes Mal aktualisiert, wenn sich der Navigationsroboter bewegt. Die dritte Karte in dieser Umsetzung ist die statische Begrenzungslinienkarte (PM). Wie oben beschrieben, wird die PM erzeugt, während der Navigationsroboter 110 der äußeren Begrenzung der Umgebung folgt.
In einer anderen Umsetzung wird (werden) die Karte(n) nicht durch den Navigationsroboter 110 erzeugt, sondern werden in den Navigationsroboter 110 eingegeben oder sind in diesem vorprogrammiert. In einer weiteren Umsetzung wird eine statische Karte vor dem Aufgabenbeginn weder erzeugt noch eingegeben. In dieser Umsetzung beginnt der Navigationsroboter 110 einfach mit einer leeren dynamischen Karte und aktualisiert sie, während die Aufgaben ausgeführt werden.
b. ORTSBESTIMMUNG
In einer Ausführungsform ist der Navigationsroboter 110 sowohl für das Navigieren seiner selbst als auch der Funktionsroboter 120 in der kartierten Umgebung verantwortlich. In dieser Ausführungsform ist der Navigationsroboter 110 für alle oder im Wesentlichen alle Aspekte der Navigation unter Einschluss der Ortsbestimmung, Planung und Steuerung für sich selbst und die Funktionsroboter 120 verantwortlich. Im Gegensatz dazu ist in herkömmlichen Systemen jeder mobile Roboter für seine eigene Ortsbestimmung, Planung und Steuerung verantwortlich. Jeder Roboter in solchen Systemen ist verantwortlich für das Navigieren und Manövrieren seiner selbst in die richtige Position, um die Aufgabe zu erfüllen. Solche Systeme unterliegen Verzögerungen durch Ortsbestimmungsberechnungen für alle Roboter, was den Aufgabenabschluss langsam und unwirtschaftlich macht. Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung vermeidet solche Verzögerungen und erhöht den Wirkungsgrad durch Sammeln aller oder im Wesentlichen aller Navigationsfunktionen in einem Navigationsroboter 110 und durch Minimieren des Ausmaßes an Bewegung für diesen Roboter.
Ortsbestimmung ist der Vorgang, durch welchen die laufende Position, die Ausrichtung und Rate der Veränderung in der Karte des Roboters bestimmt wird. Unterschiedliche Vorgangsweisen können zur Ortsbestimmung des Navigationsroboters und zur Ortsbestimmung der Funktionsroboter verwendet werden. Die Ortsbestimmung der Funktionsroboter ist relativ einfach, da der Navigationsroboter in einer Ausführungsform ortsfest oder im Wesentlichen ortsfest ist, wenn er den Ort der Funktionsroboter bestimmt, und daher seine Position innerhalb der laufenden dynamischen Karte kennt. In einer Umsetzung verfolgt der Navigationsroboter einfach die Funktionsroboter unter Verwendung seines Sichtsystems (Sensoren) und filtert die Sichtdaten mit einem Spurfolgefilter wie einem Kalman-Filter. Wenn sich der Funktionsroboter nur eine kurze Distanz bewegt oder sich gedreht hat, können die Sensoren 202 des Navigationsroboters diese Bewegung erfassen und den Funktionsroboter örtlich bestimmen. In Umsetzungen, welche eine Basisstation verwenden, kann die Ortsbestimmung der Funktionsroboter nahe der Basisstation auch schnell sichergestellt werden.
Die einmaligen Formen und/oder geometrischen Markierungen 122 auf den Funktionsrobotern 120 können auch den Navigationsroboter 110 beim örtlichen Bestimmen der Funktionsroboter 120 unterstützen. Die Art des Sensors 202, welcher durch den Navigationsroboter 110 verwendet wird, legt fest, ob eine einmalige Form oder Markierung eingesetzt wird und wie sie erkannt wird. In einer Umsetzung verwendet der Navigationsroboter 110 ein neurales Netz, um die Sensordaten zu verarbeiten und besondere Formen zu erkennen. In einer anderen Umsetzung verwendet der Navigationsroboter sein Sicht- oder Sensorsystem, um beliebige Markierungen und/oder Formen zu erkennen.
Zusätzlich zur Ortsbestimmung der Funktionsroboter 120 muss der Navigationsroboter 110 in einer Ausführungsform sich selbst nach einer Bewegung örtlich bestimmen. Die Ortsbestimmung des Navigationsroboters ist untrennbar mit dem Kartieren, insbesondere mit der Instandhaltung der laufenden dynamischen Karte verbunden (d.i. der Navigationsroboter muss wissen, wo er sich auf der CDM befindet, um die CDM auf Stand zu halten). Wo sowohl eine laufende dynamische Karte und eine statische Begrenzungskarte verwendet werden, umfasst die Ortsbestimmung das Bestimmen der örtlichen Position sowohl des Navigationsroboters als auch der Funktionsroboter auf diesen Karten. Es sollte auch beachtet werden, dass die CDM vorprogrammiert sein kann.
Der Vorgang des örtlichen Bestimmens des Navigationsroboters ist typischerweise umfassender als der Vorgang des örtlichen Bestimmens der Funktionsroboter. Potentielle Verfahren, durch welche der Navigationsroboter sich selbst örtlich bestimmen kann, umfassen Koppelnavigations-, Aktivnavigationszeichenerkennungs-, Aktivsensorerkennungs- und Richtzeichenerkennungs-Verfahren. Bei Verwendung der Koppelnavigation kann eine grobe Abschätzung der Veränderung der Roboterposition unter Einsatz von Wegstreckenzählung und Trägheitsnavigationssystemen aufrecht erhalten werden. Aktivnavigationszeichenortungsverfahren bestimmen die Position des Roboters durch Messen seines Abstands von Navigationszeichen, die an bekannten Positionen in der Umgebung angeordnet sind. Dreiecksaufnahme kann dann eingesetzt werden, um die Position des Roboters exakt fest zu legen. Aktive Sensorortsbestimmungsverfahren verfolgen die Position des Roboters mit Sensoren wie Digitalkameras, welche an bekannten feststehenden Positionen angeordnet sind. Richtzeichenerkennungsverfahren können verwendet werden, in welchen der Roboter die Position von Merkmalen und Richtzeichen innerhalb der Umgebung erkennt und weiß. Die erkannten Richtzeichenpositionen werden dazu verwendet, um die Position des Roboters zu berechnen.
Auf Grund ihrer geringen Kosten und ihrer Einfachheit wird eine Form der Koppelnavigation (insbesondere Wegstreckenzählung) in einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt. Koppelnavigationsbestimmungsfehler können sich jedoch über die Zeit auf Grund von Faktoren wie Radschlupf und Versetzung anhäufen. Um diese Fehler zu kompensieren, können Hilfstechniken wie die oben besprochenen in Verbindung mit der Koppelnavigation eingesetzt werden. Umweltfaktoren und -einschränkungen können die Sinnhaftigkeit von Hilfstechniken begrenzen. Aktivnavigationszeichen- und Aktivsensorverfahren erfordern typischerweise den Einbau ortsfremder Objekte wie Kameras oder reflektierende Bänder in der Umgebung des Roboters. Während der Einbau solcher Objekte in einer Fabrik und in industriellen Einrichtungen annehmbar sein kann, ist dies üblicherweise nicht so in Wohnungen, Büros oder im Freien. Aus diesen Gründen wird der Einsatz von Richtzeichenerkennung zur Verfeinerung der Koppelnavigationsortsbestimmung in einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt.
Auch wenn die Koppelnavigation in Verbindung mit einer Hilfstechnik wie der Richtzeichenerkennung eingesetzt wird, mindern Faktoren wie begrenzte Sensorauflösung typischerweise die Genauigkeit der Ortsbestimmung. Eine Anzahl von Ortsbestimmungsalgorithmen, wie die Markov und Monte Carlo Algorithmen, können eingesetzt werden, um die Ortbestimmungsgenauigkeit weiter zu verbessern.
7a ist ein Flussdiagramm, welches die Unterschritte darstellt, die in einer Ausführungsform des Kartierungs- und Ortsbestimmungsvorgangs 720 für den Navigationsroboter 110 umfasst sind. Bei Schritt 721 erhält der Navigationsroboter 110 Sensordaten von seiner unmittelbaren Umgebung. In einer Ausführungsform wird ein Paar von Digitalstereokameras verwendet, um die Sensordaten zu erzielen. Aus dem Stereobildpaar wird eine neue temporäre Karte (TM) in Schritt 722 erzeugt und relativ zur laufenden dynamischen Karte (CDM) ausgerichtet (Schritt 723). Um die temporäre und die laufende Karte abzugleichen, wird ein Satz von Positionsschätzungen PE_n–1.1...PE_n–1.m erzeugt. Ein Ortsbestimmungsalgorithmus wie die Markov oder Monte Carlo Ortsbestimmungsalgorithmen kann verwendet werden, um diesen Satz von Schätzungen zu erzeugen. Der Fehlerbereich in den Positionsschätzungen bestimmt, wie groß der Faktor m ist. Die beste Schätzung PE_n+1.k (1≤k≤m) aus dem Bereich wird ausgewählt und unter Verwendung von PE_n+1.k wird aus der temporären Karte und den Sensordaten Information herausgeholt und der laufenden dynamischen Karte hinzugefügt (Schritt 724). Die temporäre Karte wird dann verworfen.
Der Navigationsroboter 110 kann ortsfest bleiben (Schritt 725), um die Rechenarbeit zu minimieren. In einer Ausführungsform verfolgt und steuert der Navigationsroboter 110 die Funktionsroboter, während er ortsfest bleibt, wie unten beschrieben. In weiterer Folge muss sich der Navigationsroboter 110 bewegen und beginnt sich in Richtung einer neuen Zielposition GP_n+1 zu bewegen (Schritt 726). Während sich der Navigationsroboter 110 bewegt, kann er (wobei er in einer Umsetzung Koppelnavigationsverfahren einsetzt, wie oben beschrieben) für den Einsatz im Erzielen einer Schätzung seines Abstands und seiner Ausrichtung von PE_n Wegstreckendaten sammeln (Schritt 727). In einer Ausführungsform verfolgt der Navigationsroboter 110 auch die Position eines oder mehrerer Funktionsroboter oder anderer erkannter Richtzeichen (durch einen Spurverfolgungsfilter), um eine verbesserte Abschätzung seiner laufenden Position bereit zu stellen. Wenn durch den Einsatz von Koppelnavigation und Richtzeichenerkennung wie oben beschrieben, der Navigationsroboter 110 bestimmt, dass seine neueste Positionsschätzung PE_n+1 innerhalb eines annehmbaren Schwellenwerts relativ zu der neuen Zielposition GP_n+1 liegt (Entscheidungsknoten 728), hört er auf und kehrt zu Schritt 711 zurück, um den Ortsbestimmungs- und Kartierungsvorgang zu wiederholen.
c. VORPLANUNG
In einer Ausführungsform kann der Navigationsroboter 110 Information über die Umgebung sammeln und Informationssammlung und Vorplanung ausführen. Die verschiedenen Unterschritte, die in einer Ausführungsform des Informationssammlungs- und Vorplanungsvorgangs umfasst sein können, sind genauer in 7b dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Schritte, die in 7b dargestellt sind, in jeder beliebigen Ordnung ausgeführt werden können und dass jeder der Schritte wahlweise ist. Das bedeutet, die Informationssammlung und die Vorplanung können ohne einige der aufgelisteten Schritte erzielt werden und einige der aufgelisteten Schritte können im Navigationsroboter 110 vorprogrammiert sein oder eingegeben werden.
In Schritt 731 sammelt der Navigationsroboter 110 zusätzliche Daten wie die Merkmale des Raums oder der Umgebung, in welcher einer oder mehrere der Funktionsroboter vorhanden sind (d.s. Größe, Reinigungserfordernisse usw.) und die Arten der Oberflächen, welche in jenen Räumen vorhanden sind. In einer Ausführungsform werden Daten für jeden der Funktionsroboter im System gesammelt. Diese Daten können unter Verwendung derselben Sensoren gesammelt werden, die für das Kartieren und die Ortsbestimmung verwendet werden, oder es können alternativ unterschiedliche Sensoren verwendet werden, um Daten zu sammeln. Wenn ein Sensor zum Kartieren und zur Ortsbestimmung verwendet wird, kann es zum Beispiel notwendig sein, einen unterschiedlichen Sensor wie eine Kamera zum Sammeln von Daten wie Raumoberflächenarten einzusetzen.
In Schritt 732 bestimmt der Navigationsroboter 110, welche Funktionsroboter 120 für die Aufgabenausführung verfügbar sind. Alternativ kann diese Information in den Navigationsroboter 110 eingegeben werden oder in diesem vorprogrammiert sein oder es kann sich einfach um nicht notwendige Information handeln. Als Nächstes bestimmt in Schritt 733 der Navigationsroboter 110, welche Aufgaben ausgeführt werden müssen. Wiederum kann diese Information im Navigationsroboter 110 vorprogrammiert sein, mittels einer Schnittstelle eingegeben werden oder mittels einer Kombination von Vorprogrammierung und Eingabe bestimmt werden.
Unter Verwendung der Information, die in den Schritten 731-733 gesammelt wurde, gleicht der Navigationsroboter 110 die verfügbaren Funktionsroboter mit den Aufgaben, die erfüllt werden müssen, ab (Schritt 734) und entwickelt einen Aufgabenzeitplan (Schritt 735). Jede Aufgabe kann in Unteraufgaben unterteilt werden, um die Navigationsroboterbewegung zu minimieren und den Wirkungsgrad zu steigern.
d. PLANUNG UND STEUERUNG
In einer Ausführungsform steuert der Navigationsroboter 110 die Funktionsroboter 120, um die geplanten Aufgaben auszuführen. Die Schritte, die in der Planung und Steuerung umfasst sind, sind genauer in 7c dargestellt. In Schritt 742 wartet der Navigationsroboter 110 auf den Zeitpunkt (gemäß dem Aufgabenzeitplan, der wie oben beschrieben entwickelt wurde), um die Ausführung der nächsten geplanten Aufgabe zu beginnen. Zum Zeitpunkt oder vor dem Erreichen des Zeitpunkts für die nächste Aufgabe berechnet in Schritt 744 der Navigationsroboter 110 wiederholend die nächste Unteraufgabe der niedrigsten Ebene. Beispiele von Unteraufgaben der niedrigsten Ebene umfassen das Einschalten von Motoren und das Verfolgen eines Roboters, bis ein Ereignis eintritt. Der Navigationsroboter bewegt sich selbst oder bewegt und/oder steuert den(die) geeigneten Funktionsroboter, um jede Unteraufgabe auszuführen (Schritt 746). Der Navigationsroboter 110 gibt die geeigneten Steuersignale 209 an die Funktionsroboter 120 über seinen Sender 208 aus (siehe 3). Dieser Planungs- und Regelkreis wird wiederholt, bis die gesamte Aufgabe abgeschlossen ist (Entscheidungsknoten 748).
Der Navigationsroboter 110 lenkt die Funktionsroboter 120 entlang der geplanten Routen unter Verwendung der Regelkreise der Funktionsroboter. Wie oben beschrieben, umfasst in einer Ausführungsform der Regelkreis zum Bewegen und Manövrieren des Roboters 120 die Energiequelle und das Energieversorgungssystem 402, den Motorsteuerteil 404, den Motor 406 und die Räder 408. Die Steuersignale, welche vom Navigationsroboter 110 mittels des Empfängers 302 empfangen werden, steuern den Motorsteuerteil 404. Der Steuerteil 404 steuert den Motor 406, welcher seinerseits die Räder 408 antreibt. Der Regelkreis kann auch Servomotoren, Stellglieder, Sender und Ähnliches umfassen.
Während sich der Funktionsroboter 120 bewegt, verharrt in einer Ausführungsform der Navigationsroboter 110 ortsfest und verfolgt den Fortschritt des Funktionsroboters. Eine Anzahl von geeigneten Spurverfolgungsalgorithmen ist den Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt. Das Unbewegthalten des Navigationsroboters 110 verringert die rechentechnischen Aufwand für die Ortsbestimmung, wie er im Zusammenhang mit den Spurverfolgungsalgorithmen auftritt, in großem Umfang. Darüber hinaus verringert den Einsatz eines ortsfesten Navigationsroboters Verzögerungen, wie sie mit dem Navigieren um unvorhergesehene Hindernisse in Zusammenhang stehen. Der Navigationsroboter 110 kann zuerst einen Funktionsroboter verwenden, um die geplante Route zu prüfen. Wenn eine Kollision auftritt, weiß der Navigationsroboter 110 noch immer seine eigene Position und kann die Position des Funktionsroboters verfolgen, während er ihn lenkt, einen alternativen Pfad zu nehmen. Wie in 5 gezeigt, kann der Navigationsroboter 110 Hindernisse 510 mittels Sensoreingabe 530 "sehen" und kann einen Funktionsroboter 120 um das Hindernis 510 herum mittels des Regelkreises 520 lenken. Dies ist weit weniger rechentechnisch aufwändig als die Verwendung des Navigationsroboters 110 selbst, um die Aufgaben eines Funktionsroboters auszuführen oder wenn der Funktionsroboter 120 den Spurverfolgungsvorgang selbst ausführen müsste.
In einer Ausführungsform ist der Navigationsroboter 110 in der Lage, die Funktionsroboter zu verfolgen und zu steuern, während sich die Funktionsroboter mit einer Rate bewegen, die wesentlich schneller ist als die jenige, die in herkömmlichen Systemen anzutreffen ist. Insbesondere in einer Ausführungsform ist das vorliegende System zur Bewegung mit einer Rate fähig, die wesentlich schneller ist als ein Fuß pro Sekunde pro 1.000 MIPS. Zusätzlich kann der Navigationsroboter 110 ausreichend Verarbeitungsleistung aufweisen, um einige oder alle Kartierungs- und Ortsbestimmungsfunktionen auszuführen, während er gleichzeitig die Funktionsroboter verfolgt und steuert.
Im Zuge der Ereignisse kann der Navigationsroboter 110 sich selbst neu positionieren müssen, um das Verfolgen der Funktionsroboter 120 fort zu setzen. Typischerweise tritt dies auf, wenn die Funktionsroboter sich weit weg bewegen müssen oder sich aus dem Sichtkontakt bewegt haben. Wenn der Navigationsroboter 110 feststellt, dass er sich neu positionieren muss, befiehlt er in einer Ausführungsform den Funktionsrobotern, die Bewegung einzustellen, und bewegt sich dann, wobei er den Funktionsroboter als ein Richtzeichen einsetzt.
Wie in 6 gezeigt, verwendet der Navigationsroboter 110, wenn er sich bewegt, in einer Umsetzung die Sensoreingabe 610, um ein Dreieck von einem Funktionsroboter 120 und einem anderen Richtzeichen 612 wie der Ecke eines Raums oder einem Fenster aufzunehmen. Unter Verwendung dieser Daten bewegt sich der Navigationsroboter 110 dann in die richtige Position. Wenn der Navigationsroboter 110 an der neuen Stelle ankommt, führt er eine dynamische Kartierung und Ortsbestimmung (wie oben beschrieben) durch, um sicher zu stellen, dass er weiß, wo er sich befindet. Dieser Vorgang kann mehrere Minuten dauern, da Richtzeichen entfernt oder verdeckt sein können und Fehler in der Karte oder den Ortsdaten vorhanden sein können. Dieser wiederholende Vorgang ist relativ schnell im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, da wenigstens ein Richtzeichen, welches genau bekannte Abmessungen aufweist, immer in der Nähe des Navigationsroboters 110 ist. Sobald der Navigationsroboter 110 sich ausreichend nahe an die Funktionsroboter 120 heran bewegt hat, kehrt in einer Umsetzung das Verfahren zu Schritt 744 (7c) zurück und der Navigationsroboter 110 berechnet die nächste Unteraufgabe zur weiteren Aufgabenausführung. Die wiederholte Berechnung von Unteraufgaben beruht auf Algorithmen, welche die Bewegung des Navigationsroboters minimieren.
In einer Umsetzung verfolgt der Navigationsroboter 110 den(die) Funktionsroboter, während er(sie) seine(ihre) Aufgaben durchführt(en). In einer Umsetzung verwendet der Navigationsroboter 110 ein Bewegungsmodell der Bewegung, die für die Aufgabe erforderlich ist, um beim Verfolgen der Roboter Unterstützung zu haben. Das Bewegungsmodell umfasst die erwarteten linearen Geschwindigkeiten und die Winkelgeschwindigkeiten und -beschleunigungen der Funktionsroboter für eine gegebene Oberflächenart und Eingabesätze für die Motoren und Stellglieder des Roboters. Sobald das Bewegungsmodell eine grobe Schätzung des Ortes des Funktionsroboters bereitstellt, kann der Navigationsroboter 110 seine Sensoren 202 einsetzen, um genauere Daten zu erzielen. Verschiedene Filteralgorithmen können eingesetzt werden, um die Bewegungsmodellfehler auszufiltern. In einer Umsetzung wird Kalman-Filtern eingesetzt. Andere geeignete Filteralgorithmen, wie sie den Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind, wie g-h und Benedict-Bordner, können ebenfalls eingesetzt werden. Im Wesentlichen werden x-y und Ausrichtungsdaten verfolgt und der Filteralgorithmus verringert die Fehler auf Grund des Bewegungsmodells und der Sensoreingabe.
Beim Entscheidungsknoten 748 (7c) bestimmt der Navigationsroboter 110, ob die gesamte Aufgabe oder die Unteraufgabe abgeschlossen ist. Wenn die Aufgabe abgeschlossen ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 742 zurück und der Navigationsroboter 110 wartet auf den Zeitpunkt, um die nächste Aufgabe oder Unteraufgabe zu beginnen. In einer Umsetzung umfasst der Abschluss der Aufgabe die Rückkehr des Navigationsroboters 110 und der Funktionsroboter zu einer Basisstation 130 (1) zum Wiederaufladen. In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, dass über die gesamte Bewegungs- und Aufgabenausführung hinweg der Navigationsroboter 110 die Energieniveaus der Funktionsroboter abschätzen und überwachen und sie zum Wiederaufladen zurück kehren lassen kann, wenn dies notwendig ist.
Zum Bewegen und Ausführen ihrer Aufgaben können einige Funktionsroboter wie Staubsauger Energie aus Wandauslässen anstatt aus selbst mitgeführter Energieversorgung erfordern. In einem System, welches solche Roboter verwendet, können der Navigationsroboter 110 und der Funktionsroboter als Team arbeiten, um den Wandauslass zu orten und den Funktionsroboter in den Auslass anzustecken. Wenn der(die) Funktionsroboter sich zu weit von einem besonderen Auslass wegbewegen muss(müssen), können sich der Navigationsroboter 110 und die Funktionsroboter vom Auslass abstecken und zu einem anderen bewegen.
Der Fortschritt, den die vorliegende Erfindung gegenüber den Systemen nach dem Stand der Technik darstellt, ist am besten durch ein Beispiel veranschaulicht. Wir betrachten die Aufgabe des Staubsaugens eines 20' × 20' großen Raums. Angenommen, auf Grund der Abmessungen des Roboters muss sich ein Roboter acht lineare Fuß bewegen, um einen Quadratfuß des Bodens zu säubern. Mit einem Ortsbestimmungsalgorithmus, welcher zwei Sekunden Verarbeitung pro zurückgelegtem linearen Fuß auf einem 100 MIPS-Prozessor braucht, würde die Ortsbestimmungsberechnung 20 × 20 × 8 × 2 = 6400 Sekunden verbrauchen. Dies ist eine Berechnungsverzögerung von ungefähr 1 3/4 Stunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung führt im Gegensatz dazu in einer Ausführungsform ein Funktionsroboter 120 das gesamte oder im Wesentlichen das gesamte Staubsaugen unter der Steuerung des Navigationsroboters 110 durch. Unter der Annahme, dass sich der Navigationsroboter 110 viermal während des Staubsaugens an Orte, die 10 Fuß auseinander liegen, bewegen muss, erfordern die Ortsbestimmungsberechnungen unter Verwendung eines Spurverfolgungsalgorithmus, der 40 Millisekunden pro zurück gelegtem, linearem Fuß benötigt:

4 × 10 × 2 = 80 Sekunden für den Navigationsroboter 110; und
20 × 20 × 8 × 0,04 = 128 Sekunden für den Funktionsroboter.

Die Gesamtverzögerung beträgt nur 208 Sekunden, was eine Verbesserung um mehr als den Faktor 30 bedeutet.
4. ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der Erfindung wurde gezeigt und oben beschrieben. Alternative Ausführungsformen der Erfindung sind ebenfalls vorgedacht. Eine zweite Ausführungsform der Erfindung zum Beispiel überlegt den Einsatz von mehr als einem Navigationsroboter. In der zweiten Ausführungsform ist ein erster oder Navigationssatz von Plattformen (mobile Roboter) verantwortlich für alle oder im Wesentlichen alle Kartierungs-, Ortsbestimmungs-, Planung- und Steuerungsfunktionen und ein zweiter oder Funktionssatz von Plattformen ist für die funktionale Aufgabendurchführung verantwortlich. Der erste Satz von Robotern ist dann. für Planung, Navigation und Verfolgung der Aufgabenausführung durch den zweiten Satz von Robotern verantwortlich. Die zweite Ausführungsform der Erfindung kann geeignet sein, wo zu viele Funktionsroboter für einen Navigationsroboter zu befehlen und steuern sind oder wo die Funktionsroboter über eine besonders große geographische Fläche verstreut. sind.
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist jeder Roboter sowohl als ein Navigationsroboter als auch als ein Funktionsroboter konfiguriert. Ein Roboter, welcher in Bewegung oder Aufgabenausführung engagiert ist, lässt einiges oder alles von seiner Navigation und der dazu gehörigen Rechnerleistung durch einen oder mehrere der anderen Roboter durchführen. Die anderen Roboter können ortsfest verharren, während sie diese Navigation und Rechnerarbeit durchführen. Die Roboter können Positions daten über drahtlose Kommunikationsverbindung kommunizieren. Diese Ausführungsform vereinfacht die Ortsbestimmung weiter, da die Roboter einander verfolgen und kein Roboter sich selbst verfolgen muss.
In einer vierten Ausführungsform der Erfindung werden wieder Funktionsroboter, welche zum Kartieren, Ortsbestimmen, Planen und Steuern in der Lage sind, eingesetzt. In dieser Ausführungsform führen jedoch die Funktionsroboter eines oder mehrere aktive oder passive Navigationszeichen mit sich herum. Die Roboter positionieren das(die) Navigationszeichen und verwenden dann ihre Abstände von dem(den) Navigationszeichen, um ihre Position mittels Dreiecksaufnahme zu bestimmen.
Schließlich könnte in jeder der vorangehenden Ausführungsformen ein ortsfester Computer oder eine andere mobile Plattform dazu abgestellt sein, einige oder alle Datenverarbeitung und Rechnerleistung auszuführen. In solch einer Konfiguration kann jeder Navigationsroboter mit geeigneten Sensoren zum Sammeln von Daten ausgerüstet sein. Die Sensordaten können entweder roh oder teilweise verarbeitet dem vorgesehenen Computer oder anderen mobilen Plattformen für die weitere Verarbeitung mittels eines Funknetzwerks oder anderer geeigneter Kommunikationsmittel übertragen werden. Der dafür abgestellte Computer kann die notwendigen Rechenleistungen ausführen und die Ergebnisse an den Navigationsroboter kommunizieren.
5. VERFAHREN DER UMSETZUNG EINES MEHR-PLATTFORM-ROBOTER-SYSTEMS
Ein Verfahren 800 zum Umsetzen des Systems der vorliegenden Erfindung ist in 8 dargestellt. In Schritt 802 ist ein autonomes System, welches zwei oder mehrere körperlich getrennte mobile Plattformen umfasst, bereit gestellt. In Schritt 804 werden die Funktionen des Kartierens, der Ortsbestimmung, des Planens und Steuerns einer ersten Untergruppe des Systems zugewiesen, welche mindestens eine der körperlich einzelnen Plattformen umfasst. Die Plattformen, die in dieser ersten Untergruppe umfasst sind, werden als die Navigationsplattformen bezeichnet.
In Schritt 806 wird die Verantwortlichkeit für die funktionale Aufgabenausführung einer zweiten Untergruppe des Systems zugewiesen, die Plattformen umfasst, die nicht zur ersten Untergruppe gehören. Die Plattformen, welche in dieser zweiten Untergruppe umfasst sind, werden als Funktionsplattformen bezeichnet. In Schritt 808 erstellen die Navigationsplattformen eine Karte der Umgebung, bestimmen die Ortspositionen aller Roboter innerhalb der Umgebung und planen den Aufgabenausführungsablauf. Diese Aufgaben können in kleinere Aufgaben unterteilt werden, um das Verfolgen leichter durchführbar zu machen und um die Notwendigkeit, die Navigationsroboter zu bewegen, zu begrenzen. Im Schritt 810 können die Navigationsroboter ortsfest bleiben, während sie die Funktionsplattformen bei der Ausführung der zugewiesenen Aufgaben steuern. Im Schritt 812, welcher wahlweise ist, können sich die Navigationsroboter in eine neue Position bewegen, wobei sie eine oder mehrere der Funktionsplattformen als ein Richtzeichen verwenden.

Claims

System (100, 1; 3) mobiler Roboter, betrieben in einer Umgebung betrieben und umfassend: einen oder mehrere im Wesentlichen nicht selbstständige(n) mobile(n) Funktionsroboter (120, 1, 3, 4), der(die) so konfiguriert ist(sind), um eine funktionale Aufgabe auszuführen; und einen oder mehrere selbstständige(n) mobile(n) Navigationsroboter (110, 1, 3, 4), der(die) so konfiguriert ist(sind), um sich selbst und den(die) Funktionsroboter in der Umgebung anfänglich und, während sich der Funktionsroboter bewegt, örtlich zu bestimmen (723 und 727, 7a), wobei jeder Navigationsroboter einen oder mehrere Sensoren umfasst (202, 2, 3) zum Sammeln von Daten (201, 3; 530, 5; 721, 7a; 731, 7b) über die Umgebung, und einen Sender (208, 2, 3) zum Senden von wenigstens Steuersignalen, die funktionale Aufgaben bezeichnen, (209, 3) an den(die) Funktionsroboter, und wobei eine Steuereinheit (204, 2) zum Planen und Steuern der Aufgaben und Bewegung des einen oder der mehreren nicht selbstständigen Funktionsroboter(s) innerhalb der Umgebung bereit gestellt ist.
System gemäß Anspruch 1, wobei der(die) selbstständige(n) mobile(n) Navigatorroboter (110, 1, 2, 3) so konfiguriert ist(sind), um sich selbst und den(die) Funktionsroboter innerhalb der Umgebung örtlich zu bestimmen (723 und 727, 7a), wobei eine Verbindung aus Spurverfolgung (5; 725, 7a; 746, 7c) und Anhaltspunkterkennung (726 und 727, 7a; 610–612, 6) eingesetzt wird.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der(die) Funktionsroboter als Anhaltspunkte ausgenützt wird(werden) (812, 8; 610, 6).
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Navigationsroboter so konfiguriert ist, um eine Landkarte der Umgebung zu speichern (722 und 724, 7a; 808, 8).
System gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der(die) Navigationsroboter ortsfest bleibt(bleiben), wenn der(die) Funktionsroboter sich gerade bewegt (bewegen).
System gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der(die) Funktionsroboter ortsfest bleibt(bleiben), wenn der(die) Navigationsroboter sich gerade bewegt (bewegen).
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Funktionsroboter einen Empfänger zum Empfangen der Steuersignale vom Navigationsroboter umfasst.
System aus Anspruch 1, wobei der(die) Navigationsroboter und der(die) Funktionsroboter miteinander verdrahtet sind.
System gemäß jedem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der(die) Navigationsroboter die Bewegung des(der) Funktionsroboter(s) steuert und die tatsächliche Bewegung unter Verwendung seiner Sensoren verfolgt.
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Navigationsroboter eine dynamische Landkarte der Umgebung erstellt, wobei Sensordaten von seiner unmittelbaren Umgebung bezogen werden, eine vorläufige Landkarte aus den Sensordaten geschaffen wird, die vorläufige Landkarte in die dynamische Landkarte einbezogen wird und er sich an einen neuen Ort bewegt, um neue Sensordaten zu erhalten.
System gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jeder Navigationsroboter eine statische Landkarte der Umgebung durch Abfahren des äußeren Umfangs der Umgebung und Eintragen desselben in eine Landkarte erstellt.
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Navigationsroboter die Aufgaben, die durch den Funktionsroboter ausgeführt werden sollen, in einem Speicher aufbewahrt (218 und 220, 2).
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Navigationsroboter die Aufgaben, die durch den Funktionsroboter ausgeführt werden sollen, durch Bestimmen, welche Aufgaben abgeschlossen werden müssen, plant, wobei er den(die) Funktionsroboter einer bestimmten Aufgabe angepasst zuteilt und einen Aufgabenzeitplan entwickelt.
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit die Aufgaben, die durch die Funktionsroboter ausgeführt werden sollen, plant und die Funktionsroboter während der Aufgabenausführung steuert.
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit in wenigstens einem der autonomen mobilen Navigationsroboter angeordnet ist.
System gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 14 und des Weiteren umfassend eine Basisstation zur Unterstützung beim Abschließen der Aufgaben, zur Verfolgung des(der) Funktionsroboter(s) oder zum Wiederaufladen der Roboter.
System gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 14, wobei Berechnungen, die im Zusammenhang mit der örtlichen Erfassung stehen, durch einen ortsfesten Computer ausgeführt werden und dem(den) Navigationsroboter(n) übermittelt werden.
System gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 14, zusätzlich umfassend eine oder mehrere Berechnungsplattform(en) in Verbindung mit einem oder mehreren autonomen mobilen Navigationsroboter(n).
System gemäß Anspruch 18, wobei die Berechnungsplattform(en) ortsfest oder mobil sein kann(können).
System gemäß Anspruch 19, wobei die Sensordaten an die Berechnungsplattform(en) zur weiteren Verarbeitung übertragen werden.
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei der(die) Navigationsroboter sich selbst zusätzlich unter Verwendung von Koppelnavigation örtlich bestimmt(bestimmen).
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensoren eine oder mehrere Kamera(s) umfassen.
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensoren eine oder mehrere digitale Kamera(s) umfassen.
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren nicht autonomen mobilen Funktionsroboter so konfiguriert ist(sind), um eine oder mehrere sich wiederholende Aufgaben innerhalb eines Flächenbereichs auszuführen.
System gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren autonomen mobilen Navigationsroboter so konfiguriert ist(sind), um den Flächenbereich als Landkarte zu erfassen.
System gemäß Anspruch 25, wobei jeder Navigationsroboter einen Speicher (218 und 220, 2) zum Speichern von Landkarten (722 und 724, 7a) der Umgebung umfasst.
System gemäß Anspruch 25, wobei der eine oder die mehreren autonomen mobilen Navigationsroboter so konfiguriert ist(sind), um den Aufenthaltsort des einen oder der mehreren nicht autonomen mobilen Funktionsroboter(s) innerhalb des Flächenbereichs zu bestimmen.
System gemäß Anspruch 27, wobei der eine oder die mehreren autonomen mobilen Navigationsroboter so konfiguriert ist(sind), um die Gesamtbewegung des einen oder der mehreren nicht autonomen mobilen Funktionsroboter(s) innerhalb des Flächenbereichs zu planen.
System gemäß Anspruch 28, wobei der eine oder die mehreren autonomen mobilen Navigationsroboter so konfiguriert ist(sind), um die Gesamtbewegung des einen oder der mehreren nicht autonomen mobilen Funktionsroboter(s) innerhalb des Flächenbereichs zu verfolgen.
Verfahren für den Betrieb vieler Roboter (1, 3) in einer Umgebung, wobei das Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen wenigstens eines autonomen mobilen Navigationsroboters (110, 1, 2, 3) und wenigstens eines im Wesentlichen nicht autonomen mobilen Funktionsroboters (120, 1, 3, 4); (b) Erfassen des Aufenthaltsorts (723 und 727, 7a; 808, 8) mit wenigstens einem Navigationsroboter des wenigstens einen Navigationsroboters und des wenigstens einen Funktionsroboters in der Ausgangsstellung und während sich der wenigstens eine Funktionsroboter bewegt; (c) Planen mit dem wenigstens einen Navigationsroboter von Aufgaben (732–735, 7b; 742–744, 7c; 808, 8), die durch den wenigstens einen Funktionsroboter ausgeführt werden sollen, und Übertragen von wenigstens Steuersignalen, welche die geplanten Aufgaben anzeigen; (d) Ausführen der durch den wenigstens einen Navigationsroboter geplanten Aufgaben mit dem wenigstens einen Funktionsroboter (810, 8); und (e) Steuern und Verfolgen (5; 725, 7a; 746, 7c; 810, 8) mit dem wenigstens einen Navigationsroboter des wenigstens einen Funktionsroboters während der Aufgabenausführung, wobei das Steuern das Anweisen der Bewegung des wenigstens einen nicht autonomen mobilen Funktionsroboters in der Umgebung umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 30, des weiteren umfassend das Erzeugen einer laufenden dynamischen Landkarte mit dem wenigstens einen Navigationsroboter, wobei die folgenden Schritte eingesetzt werden: Erhalten von Sensordaten über die unmittelbare Umgebung des Navigationsroboters; Erstellen einer vorläufigen Landkarte aus den erhaltenen Sensordaten; Einbeziehen der vorläufigen Landkarte in eine laufende dynamische Landkarte; Bewegen des Navigationsroboters auf einen neuen Ort; und Wiederholen (b) durch Erhalten von Sensordaten an dem neuen Aufenthaltsort.
Verfahren gemäß Anspruch 31, des Weiteren umfassend das Erstellen einer statischen Umkreislandkarte mit dem wenigstens einen Navigationsroboter durch Folgen und landkartenmäßiges Erfassen des äußeren Umkreises der Umgebung.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 32, wobei in Schritt (b) das örtliche Erfassen des Funktionsroboters das Verfolgen des Funktionsroboters unter Verwendung eines visuellen Systems, das auf dem Navigationsroboter angebracht ist, umfasst.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 32, wobei in Schritt (b) das örtliche Erfassen des Navigationsroboters die folgenden Schritte umfasst: Bewegen des Navigationsroboters in Richtung einer neuen Position; Abschätzen der gegenwärtigen Position des Navigationsroboters unter Verwendung von Koppelnavigation und/oder Richtzeichenerkennungstechniken; Bestimmen, ob die gegenwärtige Position ungefähr gleich der neuen Position ist, und wenn sie das nicht ist, Fortfahren, sich in Richtung der neuen Position zu bewegen; wenn die gegenwärtige Position ungefähr gleich der neuen Position ist: Anhalten des Navigationsroboters und Erhalten neuer Sensordaten, Erstellen einer vorläufigen Landkarte aus den neuen Sensordaten, Verwenden eines Ortsbestimmungsalgorithmus, um die vorläufige Landkarte mit einer Landkarte der Umgebung abzugleichen, und Einbeziehen der Information aus der vorläufigen Landkarte in die Karte der Umgebung.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 34, wobei (c) wenigstens eine Handlung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die umfasst: Sammeln von Daten über Räume und Oberflächen in der Umgebung; Bestimmen, welche Funktionsroboter verfügbar sind, um die Aufgaben auszuführen; Bestimmen, welche Aufgaben fertig gestellt werden müssen; Abgleichen der verfügbaren Funktionsroboter mit den Aufgaben, die fertig gestellt werden müssen; und Entwickeln eines Aufgabenzeitplans.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 35, wobei (e) das Folgende umfasst: dem Funktionsroboter befehlen, sich in eine richtige Position zu bewegen, um die Aufgabenausführung zu beginnen; Verfolgen des Funktionsroboters, während er sich in die richtige Position bewegt; wenn sich der Funktionsroboter zu weit weg bewegt, um das Verfolgen möglich zu erhalten, dem Funktions roboter befehlen, anzuhalten und den Navigationsroboter näher an den Funktionsroboter zu bewegen; wenn der Funktionsroboter die richtige Position erreicht, dem Funktionsroboter befehlen, die Aufgabenausführung zu beginnen; und den Funktionsroboter während der Aufgabenausführung verfolgen.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 36, wobei der Navigationsroboter ortsfest bleibt, während er die Bewegung und die Aufgabenausführung des Funktionsroboters verfolgt.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 36, wobei der autonome mobile Navigationsroboter ortsfest bleibt, während er die Aufgabenausführung durch den nicht autonomen mobilen Funktionsroboter steuert.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 36, wobei der autonome mobile Navigationsroboter sich in eine neue Position bewegt, wobei er den nicht autonomen mobilen Funktionsroboter als Richtzeichen verwendet.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 39, zusätzlich umfassend das Zuweisen von funktionalen Aufgabenausführungsfunktionen an den nicht autonomen mobilen Funktionsroboter, und wobei das Bestimmen der Aufenthaltsorte mit Bezug auf im Wesentlichen alle mobilen Roboter in der Umgebung durchgeführt wird.
Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 30 bis 40, wobei das Bestimmen der Aufenthaltsorte und das Verfolgen das Navigieren des wenigstens einen nicht autonomen mobilen Funktionsroboters in der Umgebung umfasst und wobei das Steuern das Anweisen der Bewegung des nicht autonomen mobilen Funktionsroboters in der Umgebung umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 41, wobei das Bestimmen der Aufenthaltsorte das landkartengemäße Aufnehmen der Umgebung durch den autonomen mobilen Navigationsroboter umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 41, wobei das Bestimmen der Aufenthaltsorte das Bestimmen des Ortes der nicht autonomen mobilen Funktionsroboter unter Verwendung des autonomen mobilen Navigationsroboters umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 41, des Weiteren umfassend das Planen der Bewegung der nicht autonomen mobilen Funktionsroboter in dem Flächenbereich unter Verwendung des autonomen mobilen Navigationsroboters.
Verfahren gemäß Anspruch 41, wobei das Verfolgen das ununterbrochene Überwachen der Bewegung der nicht autonomen mobilen Funktionsroboter umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 41, wobei das Bestimmen der Aufenthaltsorte Richtzeichenerkennung umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 41 oder 42, wobei wenigstens ein nicht autonomer mobiler Funktionsroboter als ein Richtzeichen verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 42, wobei das Bestimmen der Aufenthaltsorte Koppelnavigation umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 30, zusätzlich umfassend das miteinander Verdrahten des wenigstens einen autonomen mobilen Navigationsroboters und des wenigstens einen nicht autonomen mobilen Funktionsroboters.
Verfahren gemäß Anspruch 30, zusätzlich umfassend das Bereitstellen einer oder mehrerer Navigationsberech nungsplattform(en), wobei das Verarbeiten der Navigationsinformation durch eine oder mehrere Berechnungsplattform(en) in Verbindung mit den Navigationsrobotern unterstützt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 50, wobei die Berechnungsplattform(en) ortsfest oder mobil sein kann(können).
Verfahren gemäß Anspruch 50, zusätzlich umfassend das Übertragen von Sensordaten des wenigstens einen autonomen mobilen Navigationsroboters an die Berechnungsplattform(en) zur weiteren Verarbeitung.
Verfahren gemäß Anspruch 31, zusätzlich umfassend das Steuern der Bewegung des wenigstens einen im Wesentlichen nicht autonomen mobilen Funktionsroboters und das Verfolgen der tatsächlichen Bewegung des im Wesentlichen nicht autonomen mobilen Funktionsroboters unter Verwendung der Sensordaten.
Autonomer mobiler Navigationsroboter zum Betrieb in einem System (100, 1; 3) mit einem oder mehreren im Wesentlichen nicht autonomen mobilen Funktionsrobotern (120, 1, 3, 4), die so konfiguriert sind, um funktionale Aufgaben auszuführen, und mit einer Steuereinheit (204, 2) zum Planen der Aufgaben des einen oder der mehreren nicht autonomen mobilen Funktionsroboter(s) und zum Anweisen der Bewegung des einen oder der mehreren nicht autonomen mobilen Funktionsroboter(s) innerhalb einer Umgebung, wobei der Navigationsroboter umfasst: Mittel zum Lokalisieren (723 und 727, 7a) von sich selbst und des(der) Funktionsroboter(s) innerhalb der Umgebung zu Beginn und wenn sich der Funktionsroboter bewegt; und einen Sender (208, 2, 3) zum Übertragen von wenigstens Steuersignalen, welche die geplanten Aufgaben (209, 3) des(der) Funktionsroboter(s) bezeichnen.