TW201824794A - 自行移動式機器人之操作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種操作自行移動式機器人(1)之方法，其中，依據在該機器人(1)之環境內所採集到的測量資料創建該環境之地圖(2)，其中，根據該創建地圖(2)、該機器人(1)在該環境內之目前位置及該機器人之確定行為方式，生成控制指令，其中，該機器人(1)根據該生成控制指令而移動，且其中，將相關資料至少部分地傳輸至外部計算裝置(3)進行處理，以便為該機器人(1)導航。為了減小該機器人(1)內部所需之計算能力及/或儲存容量，本發明提出：該外部計算裝置(3)基於該地圖(2)及該機器人(1)之目前位置而確定該機器人(1)之期望行為方式以作為該控制指令之基礎。
Description
本發明係有關於一種操作自行移動式機器人之方法，其中，依據在該機器人之環境內所採集到的測量資料創建該環境之地圖，其中，根據該創建地圖、該機器人在該環境內之目前位置及該機器人之確定行為方式，生成控制指令，其中，該機器人根據該生成控制指令而移動，且其中，將相關資料至少部分地傳輸至外部計算裝置進行處理，以便為該機器人導航。
此外，本發明亦有關於一種系統，其係由自行移動式機器人、與該機器人處於通訊連接之外部計算裝置以及至少一個用於在該機器人之環境內採集測量資料之感測器組成，其中，該機器人具有用於在該環境內為該機器人導航之裝置，其中，該外部計算裝置適於處理相關資料以實現該機器人之導航。
在先前技術中，地圖創建方法及機器人自定位方法已為吾人所知。
公開案DE 10 2011 000 536 A1及DE 10 2008 014 912 A1例如結合用於清潔地板之自動移行式吸塵及/或清潔機器人來揭露此類方法。另外，此等方法亦可應用於可自動移行的運輸機器人、割草機器人或類似機器人。此類機器人較佳配置距離感測器，以免例如與移行路徑上之障礙物或類似物體碰撞。感測器較佳以非 接觸方式工作，例如借助於光及/或超音波。進一步如吾人所知，機器人配置全方位測距構件，其形式例如為光學三角測量系統，設於繞垂直軸旋轉之平板或類似物體上。藉由此種系統可實施全方位測距，以便機器人例如在房間內部辨識方向，特別是在機器人自行活動期間，且進一步較佳地可用來創建機器人在其中移行之房間的地圖。
偵測到的測量值(特別是房間邊界及/或障礙物)被機器人之機載電腦處理成地圖且特別被儲存於機器人之非揮發性記憶體內，以便在清潔或運輸過程中利用此地圖來辨識方向。此方面進一步如吾人所知，根據地圖並藉由所保存的算法，確定機器人例如在識別到該機器人之移行路徑上存在物體時的有利行為方式，特別是移行策略。
此外，先前技術之習知做法並非是在機器人之記憶體內創建地圖，而是在與機器人處於通訊連接之外部計算裝置內創建地圖。公開案EP 2 769 809 A1例如揭露一種操作行動機器人之方法，其中，感測器將感測器資料傳輸至雲端，雲端再將此等感測器資料處理成地圖。而後，創建地圖被回輸至行動機器人並被此機器人用於環境內之導航。
基於上述之先前技術，本發明之目的在於改良前述方法，以便特別在計算能力、儲存容量及/或電耗方面進一步減輕該機器人之機載電腦的負荷。
為了達成上述目的，本發明首先提出一種操作自行移動式機器人之方法，其中，該外部計算裝置基於該地圖及該機器人 之目前位置而確定該機器人之期望行為方式以作為該控制指令之基礎。
藉此，本發明將機器人導航中計算量特別大的一個組成部分，即根據創建地圖確定機器人之期望行為方式，轉移至外部計算裝置，以便減輕機器人之機載計算裝置的負荷。期望行為方式之確定係有關於在環境內為機器人導航期間的一種有利行為，特別是例如會影響機器人之移行策略的規劃決策及行為決策。在確定機器人之行為方式的過程中，外部計算裝置對機器人狀態進行管理，例如「不工作」、「清潔中」等狀態。此管理係藉由行為確定裝置而實現，其除了管理狀態外進一步對諸如環境內之障礙物及/或用戶輸入等環境影響因素產生反應。行為確定裝置基於此等參數而決定，何時須改變該狀態及/或機器人目前所呈現之行為，例如，結束清潔操作，機器人移向基座，避開障礙物，等等。此外，行為確定裝置例如將預先規劃的動作確定為機器人之期望行為方式，該等動作包含：在何處以及以何種定向進行清潔，如何用一條移行路徑覆蓋整個環境，等等。在此過程中，行為確定裝置一般會用到習知的行為建築學(Verhaltensarchitektur)以及移行或行動規劃算法。
其中，行為確定裝置的計算工作包含於一處理過程中，該處理過程例如且特別包括感測器資料處理、地圖創建、移行指令之生成，且視情況包括地圖處理。其中，行為方式之確定較佳係在地圖創建步驟之後，且時間上發生於生成控制指令之前。
具體而言，地圖創建及導航方法首先包括在機器人之環境內採集測量資料。而後將測量資料合併成機器人之環境的地圖。一般說來，此為最佳化過程或估算過程，其為所得測量資料(既 指目前新採集的測量資料，亦指已知的測量資料)測定最大概率地圖。根據此地圖可推斷出機器人之目前位置及先前位置。為了創建地圖以及進行位置估算，通常需合併里程計資料及測距資料。此類方法屬於SLAM算法(Simultaneous Localisation and Mapping，同時定位與地圖創建)之類別。目前創建地圖所不需要的測量資料(例如接觸感測器之附加測量資料或類似測量資料)可藉由儲存時間戳在地圖中標註出來，後續計算時可視需要來訪問既有測量資料。
接著，在創建地圖基礎上運用規劃算法及判定算法以確定機器人之期望行為方式。隨後，再以該確定行為方式為基礎來生成控制指令，例如用於控制機器人之馬達的控制指令。舉例而言，若所確定的機器人之期望行為方式係例如為避開障礙物而非實施清潔操作，則須生成將機器人的直行例如變成轉彎之控制指令。對於例如具有差速驅動器之機器人而言，此意味著該控制指令不再以相同速度，而是以不同速度控制驅動馬達，以使機器人轉彎。
最後，還可將創建地圖處理成適於呈現給用戶觀看，以方便用戶熟悉地圖並且在地圖中快速辨認出其居住區或房間的組成部分及/或區域。其中，可透過適當過濾，例如識別直線段、消除異常值、非極大值抑制等等來調整最初所創建的地圖。
與經典的自主行動機器人不同，根據本發明，導航所需的所有計算並非皆在機器人之機載電腦上進行。特別是基於創建地圖確定機器人之期望行為方式，此步驟計算量較大。而是透過外部計算裝置向機器人提供確定結果，其中，機器人遂能以慣常方式執行其工作活動。將計算轉移至外部計算裝置，此有助於減輕機器人之機載電腦的計算與儲存負荷。此外更能有利地實現導航軟體之 集中。每台經典的自主行動機器人皆配備導航軟體的拷貝。即使機器人通常為可更新，用戶仍需一定時間才會注意到更新並安裝之。再者，可設想並非所有用戶皆會更新，導致長時間下來，所用機器人上的軟體版本分佈極不均勻，從而加大機器人製造商為其機器人提供服務之難度。而本發明使得導航軟體的重要部分亦能在外部計算裝置中得到集中執行，使得所有機器人皆總是以導航軟體之相同版本工作。一旦有可用的軟體更新，前一個軟體版本遂被自動替換，用戶不必採取相應的預備措施。將導航軟體集中於外部計算裝置亦使得下述情形成為可能：交付機器人後，對供軟體運行之硬體進行更改，以便例如能後續激活在最初所選擇的硬體上無法運行之軟體特徵。
在本發明所提出的方法中，機器人可配置性能較弱之機載電腦，例如用於評估感測器資料以及用於控制馬達之微控制器，其在機器人移動期間均勻地滿載工作。針對被轉移至外部計算裝置的計算，機器人與同樣正在工作的機器人分享外部計算裝置所提供之計算能力及儲存容量。其中，在外部計算裝置所提供之資源範圍內，每台機器人皆可要求其例如根據目前工作任務或者根據該機器人在其中接受導航的環境所需要之資源。外部計算裝置之可供所有機器人使用的資源可與活躍機器人特別多或特別少的峰值時段相匹配。如此一來，所用資源就計算能力與記憶體而言實現均衡利用。另外可作如下設置：數台機器人在外部計算裝置上亦相互交換資訊，使得第一機器人例如可訪問第二機器人之地圖或導航資料。
本發明進一步提出：該外部計算裝置創建該環境之地 圖。根據此項技術方案，不僅機器人行為方式之確定係發生於外部計算裝置中，並且前一個創建地圖之工作步驟亦在外部計算裝置中進行。藉此可進一步減小機器人上所需之本地計算能力及儲存容量。作為替代方案，亦可依舊由機器人之機載電腦創建地圖，而後再傳輸至外部計算裝置。
進一步可作如下設置：該機器人藉由至少一個感測器採集該環境之測量資料，並且將此等測量資料傳輸至該外部計算裝置以創建該地圖。因此，該機器人具有一或數個感測器，該等感測器測量機器人之環境，而後再將採集到的測量資料提供給外部計算裝置以創建地圖。作為替代方案，以下亦可行：該等感測器在空間上並不從屬於機器人，而是為位置固定地設於環境內之外部感測器。其例如可為設於房間牆壁上且為環境及位於該環境中的機器人拍攝影像之攝影機。其中，感測器亦不必位置固定地設於房間內，而是可在房間內運動，以便能夠自不同角度進行測量，如同感測器直接設於機器人上一般。在感測器位置固定地連接機器人之較佳技術方案中，可較佳透過里程計、測距(特別是雷射測距)、接觸測量且/或藉由跌落感測器(Drop-Sensor)及/或磁感測器來採集測量資料，且/或可對機器人之驅動單元的狀態進行評估。此外，機器人亦可採用其他感測器，例如溫度感測器、濕度感測器、空氣品質感測器、攝影機、煙霧警報器以及視情況能指出環境內之目前位置的類似感測器。除了上述以物理方式採集測量資料外，亦可透過物理感測器之特定特徵、測量值或狀態的組合來採集測量資料。在此係例如藉由軟體所提供的虛擬感測器來採集測量資料。例如滑覺感測器(Schlupfsensor)即為所謂的虛擬感測器，其將里程計資料與測距資 料相結合以產生特定的及/或關聯，該等及/或關聯指向打滑，或者不指向打滑。舉例而言，倘若機器人之驅動輪轉動，機器人卻不移動，則可得出機器人在目前位置上打滑之結論。
本發明進一步提出：將該環境之測量資料傳輸至該外部計算裝置，且該外部計算裝置檢查該等被傳輸測量資料之完整性及/或真實性，且/或將該等被傳輸測量資料轉換成適於創建該地圖之格式。藉此例如確保，所有可用感測器之測量資料皆被讀出且/或為無錯誤的。此外，例如可實施類比-數位轉換及/或值域調整。進一步地，可為測量資料配置時間戳，以便此等測量資料後續可用於地圖創建。其中，此感測器資料處理的部分工作亦可在機器人之機載電腦上進行。
本發明進一步提出：在作為該外部計算裝置之雲端伺服器及/或行動通訊設備及/或透過WLAN連接該機器人的設備及/或WLAN路由器上處理該等導航相關資料。因此，機器人行為方式之確定及(視情況)地圖創建及/或感測器資料處理除了在雲端伺服器上進行外，例如亦可在諸如行動電話、膝上型電腦、平板電腦等行動設備上進行。其中，機器人之用戶亦可在此行動設備上實施用戶輸入。該行動設備由此獲得多項功能。另外，亦可在透過WLAN連接該機器人的設備上進行計算。舉例而言，此種設備可同樣為機器人(且該機器人恰好未被用來實施工作活動)、接入WLAN之個人電腦、其他家用電器或類似設備。若導航軟體可例如以外掛程式之形式在WLAN路由器或SmartHome伺服器上運行，則此等設備亦可被用來進行計算。自機器人到外部計算裝置以及自外部計算裝置到機器人之資料傳輸，或者說自感測器到外部計算裝置之資料傳 輸，可藉由諸如WLAN、藍牙、NFC、ZigBee、行動無線電等無線資料傳輸方法而實現。被傳輸資料亦可由雲端伺服器傳輸，但其功能乃是訊息交換，而非計算。
該方法可進一步包含：該外部計算裝置將關於該確定行為方式之資訊傳輸至該機器人，且該機器人根據該確定行為方式生成控制指令。根據此實施方式，控制指令之生成係發生於機器人內部，亦即，藉由機器人之機載電腦而實現。
根據替代性實施方式，可作如下設置：該外部計算裝置根據該確定行為方式生成控制指令並且將此控制指令傳輸至該機器人。在此，確定行為方式之計算以及控制指令之生成皆係藉由外部計算裝置而實現，其中，生成控制指令隨後被傳輸至機器人且直接用於控制例如機器人之驅動單元，而不必在機器人內部實施進一步的計算。
本發明最後提出：該機器人之用戶藉由一與該外部計算裝置處於通訊連接之輸入裝置、特別是藉由行動通訊設備實施針對該外部計算裝置之輸入。其中，該輸入裝置可為行動電話、平板電腦、膝上型電腦或類似設備，或者亦可為機器人自身之用戶介面。此外，亦可直接在外部計算裝置上特別以位置固定之方式設置輸入裝置，尤其是在該外部計算裝置自身即為行動通訊設備、個人電腦或類似設備之情況下，如此一來，該行動通訊設備或個人電腦一方面用作外部計算裝置，另一方面用作輸入裝置。儘管機器人原則上不需要設置輸入裝置，但其通常仍具有用於實現用戶互動之模組。此種模組負責接收用戶輸入並將用戶輸入例如轉發至行為確定裝置，以及將反饋或狀態資訊自行為確定裝置輸出至機器人之用 戶。此種輸入裝置可以不同方式建構，例如建構為顯示器、按鈕、用於接收並處理例如以紅外線傳輸之遠程操作命令的接收單元、在機器人上且/或在機器人以及外部計算裝置之附加通訊介面上運行的應用程式，等等。
除前文所述的自行移動式機器人之操作方法外，本發明同樣亦提出一種系統，其係由自行移動式機器人、與該機器人處於通訊連接之外部計算裝置以及至少一個用於在該機器人之環境內採集測量資料之感測器組成，其中，該機器人具有用於在該環境內為該機器人導航之裝置，其中，該外部計算裝置適於處理相關資料以實現該機器人之導航，其中，該外部計算裝置具有行為確定裝置，其適於根據該環境之創建地圖及該機器人之目前位置來確定該機器人之期望行為方式，以作為用於控制該機器人的控制指令之基礎。
根據本發明，外部計算裝置具有用於確定機器人之行為方式的行為確定裝置，而後再以該行為方式為基礎來生成控制指令。行為確定裝置基於創建地圖及機器人之目前位置而確定期望行為方式。此外，該機器人及/或該外部計算裝置亦可被建構為適於實施如前述請求項中任一項之方法。此係特別有關於感測器資料處理裝置、地圖創建裝置、地圖處理裝置及/或用戶輸入裝置在機器人及外部計算裝置上的分佈。
本發明所稱的自行移動式機器人原則上係指任何一種能夠在環境內自行辨識方向並移動且在此過程中實施工作活動之機器人。然而，本案係特別指例如執行吸塵及/或擦拭任務、割草、(例如作為煙霧警報器及/或非法侵入警報器)監測環境狀態等等之 清潔機器人。
1‧‧‧機器人
2‧‧‧地圖
3‧‧‧外部計算裝置
4‧‧‧感測器
5‧‧‧用戶介面
6‧‧‧行為確定裝置
7‧‧‧障礙物
8‧‧‧輪子
9‧‧‧刷子
10‧‧‧地圖創建裝置
11‧‧‧感測器資料處理裝置
12‧‧‧用戶介面
13‧‧‧地圖處理裝置
14‧‧‧指令裝置
15‧‧‧馬達
16‧‧‧機載計算裝置
下面結合實施例詳細闡述本發明。其中：圖1為機器人之外部立體圖；圖2為與外部計算裝置處於通訊連接之機器人，在環境內移行期間；圖3為根據第一實施方式之機器人及外部計算裝置所組成的系統；圖4為根據第二實施方式之機器人及外部計算裝置所組成的系統；圖5為根據第三實施方式之機器人及外部計算裝置所組成的系統。
圖1示出機器人1，其在此被建構為自行移動式吸塵機器人。機器人1具有殼體，在該殼體之面向待清潔表面的底面上設有由電動馬達驅動之輪子8，以及凸出於殼體底部之下緣且同樣由電動馬達驅動之刷子9。此外，機器人1在刷子9區域內具有未進一步示出之吸嘴開口，藉由馬達-風扇單元可將載有待吸物之空氣透過該吸嘴開口吸入機器人1。為了給機器人1之各電氣組件如輪子8與刷子9的驅動器以及進一步所設之其他電子設備供電，機器人1具有可再充電的蓄電池(未示出)。
機器人1進一步配置感測器4，其設於機器人1之殼體內部。感測器4在此例如為三角測量裝置的一部分，該三角測量裝置能夠測量到機器人1之環境內的障礙物7之距離。具體而言， 感測器4具有雷射二極體，其發射光束在導偏裝置導引下自機器人1之殼體射出並且可繞在機器人1之圖示定向下垂直的旋轉軸旋轉，特別是以360度之測量角度旋轉。由此實現全方位測距。
藉由感測器4可在一較佳水平的平面(即平行於待清潔表面之平面)內測量機器人1之環境。如此一來，機器人1可在避免碰撞障礙物7之情況下在該環境中運動。藉由感測器4所採集到的測量資料係為到該環境中之障礙物7及/或牆壁的距離，此等測量資料被用來創建該環境之地圖2。
圖2示出機器人1位於一包含障礙物7之環境中，該障礙物在此係沿機器人1之移行方向位於機器人1前方。機器人1與外部計算裝置3處於通訊連接，該外部計算裝置在此為雲端伺服器。作為替代方案，此外部計算裝置3亦可例如為行動通訊設備，特別是行動電話或類似設備。外部計算裝置3在一記憶體內具有機器人1之環境的地圖2。障礙物7之位置及機器人1之目前位置與定向皆被記錄於此地圖2中。可使用機器人1之機載計算裝置16或外部計算裝置3來創建此地圖2。
為了在環境內為機器人1導航且進而亦避開障礙物7，原則上須實施數個計算步驟。其一，首先須利用感測器4之測量資料並酌情利用其他感測器4(例如里程計感測器及/或接觸感測器)之測量資料來創建地圖2，此發生於機器人1內部或外部計算裝置3內部。接著，在地圖2以及由此而得知的機器人1在環境內之目前位置基礎上，藉由外部計算裝置3之行為確定裝置6計算機器人1之行為方式(下文還將聯繫圖3至圖5予以詳細說明)，此行為方式係用作機器人1之控制指令的基礎。機器人1之此種期望行為 方式在此例如為：當直行會將機器人1直接引向障礙物7時，機器人1結束直行並轉彎以避開障礙物7。而後，此用於避開障礙物7之計算行為方式被傳輸至指令裝置14，該指令裝置生成控制指令，此控制指令適於引導機器人1從障礙物7旁邊經過。此指令裝置14可對應於外部計算裝置3或機器人1。在此情況下，指令裝置14所輸出之控制指令例如用於對輪子8之驅動裝置的馬達15進行控制，使得機器人1以圖2中的圖示內容觀之係從障礙物7左邊經過。
根據本發明，機器人1及外部計算裝置3可採用多種不同的實施方式以及不同的處理程序。圖3至圖5例示性地示出若干可行之技術變型，其中，圖示內容不應被理解為排他的，而是可採用其他組合或衍生形式。
圖3所示之第一實施方式包含機器人1，其具有數個感測器4以及數個用於驅動輪子8的馬達15。機器人1進一步具有機載計算裝置16，具體而言，該機載計算裝置具有感測器資料處理裝置11、指令裝置14及用戶介面5。用戶介面5在此例如為觸控螢幕，其為用戶顯示機器人1之狀態並透過輸入功能提供互動可能性。外部計算裝置3具有地圖創建裝置10及行為確定裝置6。行為確定裝置6具有到用戶介面12之通訊連接，該用戶介面在此係由其他外部設備提供，例如由行動通訊設備如行動電話提供。透過此用戶介面12，用戶可直接對機器人1之行為方式施加影響，例如觸發機器人1自「不工作」到「實施表面清潔」之狀態變化。
根據上述實施方式，機器人1之操作方法的工作原理如下：在機器人1實施清潔移行期間，機器人1之感測器4在環境內連續採集測量資料。如前所述，此等測量資料較佳具有到障礙物 7之距離值以及里程計資料。感測器4將測量資料傳輸至機器人1之感測器資料處理裝置11，藉由該感測器資料處理裝置檢查測量資料之完整性，將測量資料由類比資料轉換成數位資料並對測量資料實施縮放處理。感測器資料處理裝置11將經處理之測量資料傳輸至外部計算裝置3。在此例如透過WLAN網路進行通訊，機器人1接入該WLAN網路，並且該WLAN網路透過網際網路具有到外部計算裝置3之通訊連接。外部計算裝置3之地圖創建裝置10例如藉由所謂的SLAM方法(Simultaneous Localisation and Measurement，同時定位與測量)將測量資料處理成環境之地圖2，其中，創建地圖2同時亦包含機器人1在環境中之目前位置。外部計算裝置3之行為確定裝置6訪問創建地圖2，並且根據地圖2、機器人1在環境內之目前位置以及視情況根據用戶透過用戶介面12直接提交至行為確定裝置6的用戶輸入來確定機器人1的適當行為方式，該行為方式係用作控制指令之基礎。在上述情況下，行為確定裝置6識別到機器人1之目前移行路徑上存在障礙物7且不久將與障礙物7相撞。接下來藉由合適的規劃算法及判定算法進行計算時，行為確定裝置6便確定機器人1的適當行為方式。該確定行為方式在此例如為「避開障礙物7」。行為確定裝置6將此確定行為方式傳輸至機器人1之指令裝置14，該指令裝置遂生成數個控制指令，該等控制指令用於控制馬達15，以便機器人1能避開障礙物7。藉由將地圖創建及行為確定轉移至外部計算裝置3，總體上會產生減小機器人1之機載計算裝置16的計算能力及儲存容量之結果。
圖4示出本發明之第二實施方式，其中，機器人1之機載計算裝置16僅還具有用戶介面5。所有用於處理導航相關資料 之裝置皆被轉移至外部計算裝置3。具體而言，外部計算裝置3現在具有感測器資料處理裝置11、地圖創建裝置10、行為確定裝置6及指令裝置14。機器人1之感測器4現在將其測量資料直接傳輸至外部計算裝置3之感測器資料處理裝置11。測量資料在該處以前述方式被處理且被傳輸至地圖創建裝置10，該地圖創建裝置遂創建包含機器人1之目前位置在內的環境地圖2。行為確定裝置6訪問地圖2並根據機器人1目前移行狀況(亦即，根據機器人1之位置以及移行路徑上可能存在的障礙物7)確定機器人1之行為方式，該行為方式在此能如願避開障礙物7。該確定行為方式被傳輸至同樣存在於外部計算裝置3中之指令裝置14。該指令裝置生成適於避開障礙物7之控制指令並且將此等控制指令傳輸至機器人1之馬達15，而不必在機器人1之機載計算裝置16內部實施進一步的計算。在此情況下，機載計算裝置16僅用於將控制指令轉發至馬達15，該等馬達遂對機器人1之輪子8進行驅動，以便在圖示實施例中形成從障礙物7旁邊經過的無碰撞移行路徑。
根據此實施方式，機器人1進行計算及儲存所需要的資源較之圖3的實施方式進一步減少。
最後，圖5示出本發明之第三實施方式，其中，機器人1被建構得與圖3中的第一實施方式一模一樣。機器人1之機載計算裝置16具有感測器資料處理裝置11、用戶介面5及指令裝置14。外部計算裝置3在此-除地圖創建裝置10及行為確定裝置6外-進一步具有地圖處理裝置13，該地圖處理裝置一方面與行為確定裝置6處於通訊連接，另一方面與用戶介面12處於通訊連接，該用戶介面在此被建構為行動電話。地圖處理裝置13用於對地圖創建 裝置10所創建之地圖進行處理，使得一方面，行為確定裝置6所確定之行為方式被注意到，另一方面，地圖2之圖解表示經處理而使得機器人1的用戶無需太大想像力便能在地圖2中辨識方向且進一步辨認出機器人1目前所採取之行為方式。在此情況下，例如可在顯示於用戶介面12上的地圖2中指出，機器人1目前正採取避開障礙物之策略以便繞過障礙物7。
除圖式中所示出之實施方式外，當然亦可採用其他實施方式，其中，所有實施方式具有以下共同點：機器人1之作為控制指令基礎的行為方式係在外部計算裝置3內部被計算出來。
Claims (10)
- 一種操作自行移動式機器人(1)之方法，其中，依據在該機器人(1)之環境內所採集到的測量資料創建該環境之地圖(2)，其中，根據該創建地圖(2)、該機器人(1)在該環境內之目前位置及該機器人之確定行為方式，生成控制指令，其中，該機器人(1)根據生成的該控制指令而移動，且其中，將相關資料至少部分地傳輸至外部計算裝置(3)進行處理，以便為該機器人(1)導航，其特徵在於：該外部計算裝置(3)基於該地圖(2)及該機器人(1)之目前位置而確定該機器人(1)之期望行為方式以作為該控制指令之基礎。
- 如請求項1之方法，其中，該外部計算裝置(3)創建該環境之地圖(2)。
- 如請求項2之方法，其中，該機器人(1)藉由至少一個感測器(4)採集該環境之測量資料，並且將該等測量資料傳輸至該外部計算裝置(3)以創建該地圖(2)。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中，將該環境之測量資料傳輸至該外部計算裝置(3)，且該外部計算裝置(3)檢查被傳輸的該等測量資料之完整性及/或真實性，且/或將被傳輸的該等測量資料轉換成適於創建該地圖(2)之格式。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中，透過測距及/或里程計及/或碰撞偵測來採集用於創建該地圖(2)之該等測量資料。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中，在作為該外部計算裝置(3)之雲端伺服器及/或行動通訊設備及/或透過WLAN連接該機器人的設備及/或WLAN路由器上處理該等導航相關資料。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中，該外部計算裝置(3)將 關於該確定行為方式之資訊傳輸至該機器人(1)，且該機器人(1)根據該確定行為方式生成該控制指令。
- 如請求項1至6中任一項之方法，其中，該外部計算裝置(3)根據該確定行為方式生成該控制指令並且將該控制指令傳輸至該機器人(1)。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中，該機器人(1)之用戶藉由一與該外部計算裝置(3)處於通訊連接之輸入裝置(5)、特別是藉由行動通訊設備實施針對該外部計算裝置(3)之輸入。
- 一種系統，由自行移動式機器人(1)、與該機器人(1)處於通訊連接之外部計算裝置(3)以及至少一個用於在該機器人(1)之環境內採集測量資料之感測器(4)組成，其中，該機器人(1)具有用於在該環境內為該機器人(1)導航之裝置，其中，該外部計算裝置(3)適於處理相關資料以實現該機器人(1)之導航，其特徵在於：該外部計算裝置(3)具有行為確定裝置(6)，其適於根據該環境之創建地圖(2)及該機器人(1)之目前位置而來確定該機器人(1)之期望行為方式，以作為用於控制該機器人(1)的控制指令之基礎。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI716064B (zh) * | 2018-08-14 | 2021-01-11 | 日本千葉工業大學 | 移動機器人 |
| TWI748264B (zh) * | 2018-10-19 | 2021-12-01 | 經緯航太科技股份有限公司 | 具有避障功能的無人車及無人車驅動方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018121365A1 (de) | 2018-08-31 | 2020-04-23 | RobArt GmbH | Exploration eines robotereinsatzgebietes durch einen autonomen mobilen roboter |
| US11642257B2 (en) | 2020-01-22 | 2023-05-09 | Toyota Motor North America, Inc. | Mapping and data collection of in-building layout via mobility devices |
| CN111781847A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-16 | 珠海市一微半导体有限公司 | 一种家居控制系统 |
| CN112190185B (zh) * | 2020-09-28 | 2022-02-08 | 深圳市杉川机器人有限公司 | 扫地机器人及其三维场景的构建方法、系统及可读存储介质 |
| KR102442064B1 (ko) * | 2020-11-30 | 2022-09-08 | 네이버랩스 주식회사 | 서비스 어플리케이션과 연계하여 서비스를 제공하는 로봇을 제어하는 방법 및 클라우드 서버 |
| US20220182853A1 (en) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | Faro Technologies, Inc. | Automatic handling of network communication failure in two-dimensional and three-dimensional coordinate measurement devices |
| KR102620941B1 (ko) * | 2021-10-20 | 2024-01-03 | 네이버랩스 주식회사 | 건물을 주행하는 로봇 제어 방법 및 시스템 |
| CN114466088B (zh) * | 2022-01-07 | 2023-12-08 | 深圳华芯信息技术股份有限公司 | 扫地机器人的数据传输方法、装置、存储介质及终端 |
| DE102022100454A1 (de) | 2022-01-11 | 2023-07-13 | Audi Aktiengesellschaft | Verfahren und System zum Lokalisieren eines autonom betriebenen Transportmittels sowie autonom betriebenes Transportmittel |
| CN115469672B (zh) * | 2022-11-02 | 2023-03-07 | 成都铂升科技有限公司 | 一种室内分布式灯光机器人集群控制方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7774158B2 (en) * | 2002-12-17 | 2010-08-10 | Evolution Robotics, Inc. | Systems and methods for landmark generation for visual simultaneous localization and mapping |
| JP2009093308A (ja) * | 2007-10-05 | 2009-04-30 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | ロボットシステム |
| DE102008014912B4 (de) | 2008-03-19 | 2023-01-19 | Vorwerk & Co. Interholding Gmbh | Selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät |
| JP5216690B2 (ja) * | 2009-06-01 | 2013-06-19 | 株式会社日立製作所 | ロボット管理システム、ロボット管理端末、ロボット管理方法およびプログラム |
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| DE102011000536A1 (de) | 2011-02-07 | 2012-08-09 | Vorwerk & Co. Interholding Gmbh | Verfahren zur Bestimmung der Position eines selbsttätig verfahrbaren Geräts |
| US9519289B2 (en) * | 2014-11-26 | 2016-12-13 | Irobot Corporation | Systems and methods for performing simultaneous localization and mapping using machine vision systems |
| CN105241461A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-01-13 | 曾彦平 | 机器人的地图创建及定位方法和机器人系统 |
| CN105571588A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-05-11 | 赛度科技（北京）有限责任公司 | 一种无人机三维空中航路地图构建及其航路显示方法 |
| CN106168805A (zh) * | 2016-09-26 | 2016-11-30 | 湖南晖龙股份有限公司 | 基于云计算的机器人自主行走的方法 |
-
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI716064B (zh) * | 2018-08-14 | 2021-01-11 | 日本千葉工業大學 | 移動機器人 |
| TWI748264B (zh) * | 2018-10-19 | 2021-12-01 | 經緯航太科技股份有限公司 | 具有避障功能的無人車及無人車驅動方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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