TWI333178B - Method for coordinating cooperative robots - Google Patents

Description

P53960029TW 24451twf.doc/p 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種使用於保全系統之機器人，尤其 係有關於一種協調群體機器人之方法，以達擴大環境異常 監視範圍及更有效地排除異常狀況之功效。 【先前技術】 隨著科技的進步與生活品質的提升，生活環境的安 全性已成為人們重視的課題，而其範圍涵蓋家庭、辦公大 樓、實驗室、工薇、金融機構以及其他公眾場所等，因此 近年來諸多產業界開始投注更多心力研發各種不同的保全 系統，使得保全服務業成為了一個快速發展的領域。然而 現有商品化的保全系統缺乏足夠的機動性及智慧力以判斷 各種狀況，且系統誤觸發率/誤報率高，除造成客戶端困擾 外，亦降低整體保全系統的可靠度。況且，維安全巡邏更 是保全人員最不願意做的事，雖有完善制度規範，但，，人” 總有許多不可控之因素（生理及心理），使保全勤務無法徹 底執行。但近來機器人之快速研發，使得以移動機器人(以 下皆以機器人稱之)代替保全人員巡邏之可行性增高。 習知技術如日本發明公開2003051082號即揭露一單 —巡邏機器人，其本身至少包括一控制主系統及數個感測 裝置，如影像、音源、熱源、溫度及氣體等感測裝置，以 逹到輔助環境監測之功效。當環境中的感測裝置發現異常 ，，即將訊息通報給機器人，由機器人前往發現異常之處 蒐集資訊，透過機器人的該主控制系統判斷狀况，最後依 1333178 P53960029TW 24451twf.doc/p 判斷結果做相對應的狀況處理。但由於前案為單一機器人 移動監控，對於债測環境範圍較大時，機器人可能因環境 中的障礙物影響通訊，機器人無法確保可在最快時間内蒐 集到異常資訊。若機器人在運行中本身亦發生異常狀況甚 ^故障，將使整個保全系統嚴重失效。而大部分真正的異 二狀況發生時’例如移動入侵者、火災煙霧、氣體等，異

爷狀況通常會纽至不特定的位置，因此，當有複數個咸 測楚置_異常發生時，單-機器人是無法同時前往監視 並蒐集異常資訊。 雖然在另一前案

.，如兴固公開號第US20050113974， 、揭露-種多機器人系統中任務交接機制：某個空間中可 =時有-台寵物機器人以及保全機器人，隨著該空間中事 =生’如屋主歸來’機器人之任務將由保全機器人交 接予龍物機器人，崎行絲管理的相關讀；反之，去 ^主離開時’躲機ϋ人便將任務轉權交奸保全^ 之安全防護工作。除了由事件觸發任務交接行為 =層，機器人，當某層樓的機器人接待或料顧= ^ 口時’機ϋ人將因為辨制代表_口之位置標== [他樓1之機ϋ人通訊，並進行接待或引導任務^接了 二而1案所提出之任務交接機制僅限於某—機器人 予另一機器人的模式，任務仍由單—機 °°又接 發揮多機器人合作完成同-任務之效仃’並沒有 述二前案，因為異常狀況(如火災等):排:二單―： 6 1333178 %

P53960029TW 2445 ltwf.doc/p 人執行’故異常狀況無法更有效率地排除。 因此’在業界存在有一課題來如何協調群體機器人(或 稱多個機咨人)來共同合作完成同一任務，以達更效地 排除異常狀況之功效。 【發明内容】 本發明之目的是提供一種協調群體機器人之方法，其 包括下列步驟：由環境感測裝置錢器 ^ 所偵測郝常料；賴異轉件至_财協調 人；母-機器人判斷異常事件優先權是否大於目前執行; ’則再判斷該每一機器人功能屬性是否 =助以形成臨時任務編組，並共同前心事： ff點處理及躲異常事件；以及在嫌異常事件之後 之ΐί時任務驗以使該些機器人繼續執行異常事件發前 衝突== 括 防止任務 廣播異常料墙㈣常事件； 事件======_於異常 並發出該異常事件之廣將，事件的權重值調高 f續執行任務且第二機器人收到該廣播訊 '第二機器人進行優先權計算，以確認該異常事件與第 1333178 P53960029TW 24451twf.doc/p 二機器^目前執行任務何者優先權較高；若該異常事件優 ，權較向’則第二機ϋ人前往處理該異常事件；反之，若 第二機器人目前執行任務之優先權較高，則第二機器人與 其他機H人跡鋪人—射郝賴常事件之權 重值調南並發出該異常事件之廣播訊息，—直至某一機器 人前往處理該異常事件為止。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明 *”、頁易1 ’下文特舉較佳實施例，並配合所關式，作詳細 S兒明如下。 【實施方式】 首先請參考圖1 ’其揭示本發明群體機器人執行任務 之佈局圖。該佈局圖主要包括複數個感測裝置丨、主系統 巧其I選擇地設置)及魏㈣n人(如前㈣α下移動機 二^簡稱機窃人)5 (R1-R6)。其中複數個感測裝置i可為 功能不同之感測裝置，例如影像、火災、煙霧、紅外線、 ，動、振動、溫度、氣體、人體等—般常用於系統保全之 感剛褒置或其組合，感測裝置丨可農置於環境中不同之位 裝置於複數個機器人5身上’用以偵測環境中任何 :、吊資訊，並將異常事件廣播給複數個機器人5。或者， 該異韦事件亦可經由主系統3廣播給複數個機器人$。以 :本文中，為了方便解說起見，將名詞，，異常事件，，簡稱 事件，，。 … 複數姉動機||人5可於_環境中依設定路 自主移動°其中每—機器人另包括有驅動單元5a、控

S 1333178 P53960029TW 24451 twf.doc/p 制單元5b、感測單元5c、電源單元5(1以及通訊單元弘等 主要單元，如圖2所示，其_感測單元5c另包含有感測 裝置1，每一機器人皆可透過通訊單元（5e)接收來自主 系統（3)或其他機器人的訊號，再由控制單元（5b)依程 式做決策判斷，使複數個移動機器人（5)之間可以 的多工協調。每一機器人皆具有自主巡邏功能，例如定位、 導航、路徑規晝、避障，以及環境感測等。 /機器人之間的分工協調方式可包含臨時任務編組以及 系統衝突二方面：（I)在臨時任務編組方面，當某—原本處 於自主巡邏狀態的機器人接收到主系統分派的任務，戋是 臨時健到環境的異常狀況時，可以視情況呼叫其他相同 任務屬性或是鄰近的機ϋ人前來協助’例如共同滅火或是 嚇阻歹徒，以發揮團結合作的綜效；而當任務完成後，臨 ^編組便宣告解散，各機器人又恢復到原先自主巡邏的狀 =。（11)在系統衝突方面，由於群體機器人協同運作時具有 時間、空間，以及魏的分散性’可達到同時異地多工的 保全效果’㈣也可能會發生_、"，或是任務上的 衝突。例如某機ϋ人在進行某項功的時候又被臨時指派 其他的任務。任何衝突射能會嚴重影響整縣全系統的 效能。當系統衝突產生時，相關賴器人可即時廣播衝突 人依照本身卫作狀態決定是否接受其他機 裔人的Μ求或是將工作委託給其他機器人。 著m將詳細描述群體機11人之臨時任務編組的 、也，π彡相3 ’其揭示根據本發明實闕之形成群 P53960029TW 24451twf.doc/p 體機器人間的臨時任務編組之流程圖。 。在步驟，當某:機器二= 任務P時(即步驟SHU)接收到感測器 g 從火，，事件A並將其廣播之訊息（即步驟S1G2)。接1者 =驟SHM中，機器人幻將進行判斷「事件a之優二 =否=任務P?」之運算並優先處理具高優先權之工 作。右疋，如步驟S105所示，機器人耵將進行判斷 器人本身屬性是隸合事件A屬性」；衫，則機器人 R1回至步驟sioi繼續執行其原先任務p。為了利於機器 人之控制單元（5b)的程式運算職決策騎，所有機器 人功能或事件及任務皆以屬性向量來代表。例如，以六個 參數來代表機器人R1之功能屬性向量；即Fi ^ (a，b，0，d，0，z)，但本發明之其他實施例亦不受限於該六個參 數；即由η個參數構成之屬性向量F1 = (1，2., n)，其中n 為大於1之整數。其中每一參數代表不同之功能，且該功 能可由機器人之製造者來設定。就以上述之”入侵者緃火，， 事件Α為例，為了完成事件Α的解決，參數a，b，c，e可 分別設定為滅火，排煙’跟蹤及嚇阻的功能。 以下將介紹如何藉由屬性向量以決定優先權的大小 及判斷機器人本身屬性是否符合事件A屬性」。表1揭 示任務P和事件A之優先權計算公式。 表1 _器人 R1 功能屬性向量 FI = (a，b,0,d,0,z) -η 任務/事件屬性 向量 任務/ 事件權 距離 功能與屬性 之内積 --—---- 1333178 P53960029TW 24451twf.doc/p 重 任 務P Kl = (0,0,0,0,0，Ζ) W1 D1 FI ·Κ1 Pl-wiF1*K1 D1 事 件A IvZ — (a，b，c，0，e，0) W2 D2 — FI · K2 L-------- P2-W2F2·0 D2 如表1，機器人R1本身之功能屬性可由向量F1 = (^，b，〇，d，o，z)描述，表示機器人R1具有a，b，d，z之功能，其 a=26, b=25’ d=23’ z=卜其中原任務p之屬性向量 為K1 = (〇,〇,〇,〇,〇，Z)，事件A之屬性向量為K2 = Ϊ，=Ϊ〇)。當機器人R1收到廣播訊息時，會根據自身功 月匕屬性F卜原任務之屬性K1、廣播事件之屬性κ2、原任 務權重W、料權重W2，以及代錢H人R1與狀況發 克地运，距離D2(或機器人R1 #原任務執行處之距離 1)4叶算出加權後之優先權，其中W1=1、W2=4、Dl=2、

他7。在步驟S104 ’機器人R1判斷「事件A之優先權是 否局於任務P?」，經由運算可獲得任務p之優先權= w'丨XKD/EM = 1/2，事件 A 之優先權 p2 = w2(f2xK2)/di = 4(26 +25 )/7与743.4。由此可知事件a(或任務p)的優先 權係正比於其屬性向量與機器人R1的功能屬性向量之内 積。故所得結果:P2 > P1 ’故機器人R1會優先處理事件A。

接著，R 〇 b 〇 11會判斷「本身功能屬性是否符合事件A 屬性？」’㈣事件A之屬性㈣與機器人幻自身功能 屬性向量之相減運算，即K2_F1 = (a，b，c，〇，e，〇) — (a，b，0，d，0，z)=⑼^如^卜⑽沐心瓜…苴中第三

個功能與第五個功能仍分別為正值24與22，表示事件A 之功能需求财^與e無法由機器人R1滿足，因此本身 P53960029TW 24451twf.doc/p 功能屬性無法完全滿足事侔Δ 乏功能c與e而無法·遽 ： 示，必須廣播請求具有c或e 故二Π〇8 ^ 步驟109, 109,中，機考人機态人刖來協助。在 们(具有功能屬性e)，或是具有功能屬性〇、機器人 出的廣播請求後，進行虛線框：器人在收到機器人R1發 決定是磁請求^^ =之運算及觸步驟，以 斷後都確認可符合機』= 上機器人R2與R3經過判 往機哭人I出的廣播請求時，便會前 如步;sn。戶ί ;=人幻形成臨時之一^ 狀況是否解除若是Sm所示’決定事件A > - μ - 】則在乂驟S112，即臨時編組宣告 事件A&繼續各自執行事件A發生前的任務。若 缺而/二-解除’則重復步驟U〇直至狀況解除為止。 如Η、1/Γ機器人R1本身具有事件A所需之所有功能， 能元夸 i f) ’ 則 Κ2 —Π = (〇,〇,〇，_d，〇，-z) ’ 而所有功 處理事二A、於或等於〇’表示機器人R1本身之功能已足以 ΐ享i t所以如步驟S1G6所示，機器人RH更自行前 A壯^ a之發生地點進行狀況排除。在步驟S107,若事件 否則機器AR1回至步驟_繼續執行任務P; 、卷再重複步驟S106直至狀況解除為止。 件。…^在步驟S102，該異常訊息例如，，入侵者縱火，，事 车絲由如圖1所示感測11 1傳輸至主线3，再由主 、播給多個機器人。且該異常訊息傳輸至主系統的 式可^有線傳輪或無線傳輸。 接著，以下將詳細描述本發明實施例之群體機器人防 12 P53960029TW 2445]fwf.doc/p 止任務衝突的流程圖。 例’在 ，之訊息。接著，在A並將其 ^優先f相等於事件A之優：出任 ΐ R1:4將繼續原先任務p並二器在::二Γ 廣播訊息(此機， 優先權計算，叫器人以將進行 以確5心事件八與機器人R2原先之杠祙hi °若事件A優先權較高’則前往步驟S:機 ==事件A。此即如步驟S211所示，代表ί 之任務委託成立。反之，在步驟S2〇7，若機器 2原先任務P之優先權較高，則前往步驟S2G9，即機器 2 ’、其他機益人重複虚線框20 (包括步驟S205-S208) 之判斷及對應動作。意即機器人R2與其他機器人亦選擇 ，事件A調向權重值(請注意此值已經二次調高）並廣播以 :求任務委託。接著，在步驟S210,判斷是否某一機器人 則往處理事件A ;若是，則至步驟S2U，表示機器人R2 之任務委託成立；若否’則其他機器人將重複如同機器人 R2之判斷程序（即回至步驟S209)，直到任務委託成立， 即有某一機器人前往處理事件A為止。 1333178 P53960029TW 2445 ltwf.doc/p 综上所述，本發明具有下列之優點： 1-藉由複數個移動機器人之間之資訊共享、臨時任務編 組，以及衝突排解等多工協調行為，使某一任務可由多 台機器人合力完成；即使過程中某一機器人故障或是面 臨任務衝突，其他機器人亦可代為繼續完成而不至於影 響到任務目標，以逹成較習知更有效率地完成工作。 2·相較習知機器人將多種感測系統集於一身，本發明之機 _ 器人的系統功能較為簡單且從而價格低廉。同時，本發 明可佈署多個機器人，故本發明可逹監視範圍較習知機 器人更為廣大。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1揭示根據本發明實施例之群體機器人執行任務 —之佈局圖。 圖2揭示根據本發明較佳實施例之機器人的内部結構 圖。 圖3揭示根據本發明較佳實施例之根據本發明實施例 之形成群體機器人間的臨時任務編組之流程圖。 圖4揭祕據本糾之較佳實施狀龍機器人防 止任務衡突的流程圖。 【主要元件符號說明】 1:感測裝置； 1333178 P53960029TW 24451twf.doc/p 3 :主系統； 5(R1-R6):機器人; 5a:驅動單元 5b:控制單元 5c:感測單元 5d:電源單元 5e:通訊單元

Claims (1)

1333178 P53960029TW 2445Itwf.doc/p 十、申請專利範圍： 1. 一種協調群體機器人之方法，包括： 感測裝置偵測到異常事件； 廣播異常事件至複數個機器人； 每一機器人計算並比較異常事件優先權是否大於目前執 行任務優先權，若是，則再判斷該每—機器人功能屬性 是否符合異f事件屬性’若[該每—機g人廣播請求 其他機器人的協助以形成臨時任務編組，並共同前往異 常事件發生地點處理及排除異常事件；以及 在排除異常事件之後’解散臨時任務編組以使該些機器 人繼續執行異常事件發生前之任務； 二中該異吊事件優先權是依據該異常事件屬性向量與該 母一機态人功能屬性向量的内積、任務/事件權重，以及 =每一機器人與異常事件發生處之距離來計算，且該目 =執行任務優先權是依據該目前執行任務屬性向量與該 每一機窃人功能屬性向量的内積、任務/事件權重，以及 該每一機器人與原任務執行處之距離來計算。 2. 如申請專利專範圍第1項所述之方法，其中該異常事件 屬性向量’該機器人功能屬性向量及該目前執行任務屬 性向量皆分別以η個參數所構成向量（1，2，n)代表，其 中η為大於1之整數且其中每一參數代表不同之功能。 3. 如申請專利專範圍第2項所述之方法，其中在判斷該每 機器人功能屬性是否符合異常事件屬性之步驟中是 藉由異常事件屬性向量與該每—機器人功能屬性向量 16 1333178 P53960029TW 24451 twfdoc/p 相減，若相減後向量中該異常事件屬性所對應之參數皆 為〇或負值，則表示機器人功能屬性與該異常事件屬性 二者相符合；若否，則表示機器人功能屬性與 件屬性二者不符合。 、、、韦事 4.如申請專利專範圍第丨項所述之方法，其中該 事件至複數個機器人的步驟t，可先傳至主^播異常 該主系統將該異常事件傳輸至複數個之機器^'、、，再由 5·如申請專利範圍第i項所述之方法，其中。 置可為複數個不同感測裝置，並安裝=践鲫裝 中。 特定壤境 6. 广申，專利範圍第i項所述之方法，其 裝置安裝在該每一機器人上。 5亥感夠 7. ::請專利範圍第5項所述之方法， 问感測裝置可為影像、火災、煙霧、”Μ固不 8如溫度、氣體、人體等感測裝置及其紐Ϊ動、 •申晴專利範圍第4項所述之方法，其中、息^。 9.如ΐί申該ΐ以線傳輸及無線傳輪?Λ件 Τ月軏圍弟i項所述之方法，其中者。 ζ亡廣3求的步驟是透過本身 單^〜機 訊早兀來達成。 果7^及通 種協調群體機器人間防止任務衝突之方法，~ 包 感測裝置偵剛到異常事件； 常事件至複數個機器人； 田第機裔人計算出目前執行任務優 17 P53960029TW 2445 ltwf.doc/p 相等於異常事件優先權時H機器人 事件的權重值調高並發出該異妓〜異常 第：機器人繼續執行目前任務且第二機器播：息; 該廣播訊息； 俄益人收至,J ^二機ϋ人進行優先權計算，叫認該 以：士目前執行任務何者優先權較高;若：與 c先權較高’則第二機器人前往處”；； 事若第二機器人目前執 二=複將該異常事件之 該異常事件為止； 某一機益人則彺處理 事件優先權是依據該異常事件屬性向量與 St I人功&屬性向量的内積、任務/事件權重，以 人與異常事件發生紅轉㈣算，且該 鱼二―订Γ務優先權是依據該目前執行任務屬性向量 機器人功能屬性向量的内積、任務/事件權重， 以及該母-機器人與原任務執行處之距離來計算。 .如”月專利專範圍第10項所述之方法，其中該異常事 件屬f生向！，該機$人功能屬性向量及目前執行任務屬 性向量皆分別以η個參數所構成向量（12幻代表，其 中j大於i之整姐其中每—參數代表柯之功能。 申π專利專範圍第1〇項所述之方法，其中該廣播異 常事件至複數個機器人的步驟中，可先傳^系統，再 由該主系統將該異常事件傳輸至複數個機器人。 18 1333178 P53960029TW 24451twf.doc/p 13·如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該感測 裝置可為複數個不同感測裝置，並安裝在特定 中。 < 兄 第1〇項所述之方法，其中該感測 裒置可女裝在該母一機器人上。 如申請專利範圍第10項所述之方 可為影像、火災、煙霧:、= 組合。、度、氣體、人體等感測褒置及其 16.:了請專利範圍第12項所述之方法，其中1常事 二糸統可為有線傳輸及無線傳輸之一 Η·如專利申請範圍第1〇 機器人廣播請求的半項斤述之方法，其中該每一 通訊單元來達成^驟是透過本身的控制單元及