通过多个机器人生成无碰撞导航的2D导航地图

摘要

本文的实施例公开了用于通过多个机器人生成用于无碰撞导航的2D导航地图的方法和系统。首先，2D导航地图生成器在云地图服务器处执行启动粒子模拟，以便将多个气泡添加到区域的图像。接着，2D导航地图生成器在云地图服务器处执行处理气泡模拟，以便确定来自多个机器人的在图像上的与所述图像中的所述区域的自由空间重叠的气泡组。下一步，2D导航地图生成器在云地图服务器上执行通过使用多个边缘连接该组气泡来生成2D导航地图，其中该多个边缘指示在该区域内导航的导航路径。最后，基于所生成的2D导航地图，该多个机器人从当前位置穿越到另一个位置。

说明书

技术领域

这里的实施例涉及机器人导航和更具体地说，涉及通过多个机器人生成用于无碰撞导航的2D导航地图。

背景技术

目前，在工业中机器人的使用已经越来越多。机器人可以用在在仓库，存储位置，配送管理系统等中。为了从一个位置导航到另一位置，机器人需要导航地图。

用于这种导航地图的主要要求之一是，它应该保证机器人在仓库中的无碰撞的运动。目前的图形，如沃罗诺伊图形(Voronoi graph)对于确保无碰撞导航来说是非常稀疏的，并且是不稳健的。

附图说明

本文公开的实施例参照附图从下面的详细描述中可以被更好地理解，附图中：

图1是一个框图，示出了根据一个实施例的系统，用于产生区域的2D导航地图并且基于所述2D导航地图确定用于多个机器人的无碰撞导航路径；

图2A-2C是示例性框图，示出了根据一个实施例的用于产生2D导航地图的过程；

图3是一个框图，示出了根据一个实施例的用于通过多个机器人生成用于在区域中导航的2D导航图形，

图4是一个流程图，示出了根据一个实施例的基于所生成的2D导航地图为区域中的多个机器人导航的过程；

具体实施方式

参考附图中示出的非限制性实施例本文的实施例及其各种特征和有利细节被更全面地解释，并在以下描述中详述。省略了众所周知的部件和处理技术的描述，以便不必不必要地模糊本文的实施例。这里使用的例子仅用于促进对本文的实施例可以被实施的方式的理解，并进一步使本领域技术人员能够实施本文的实施例。因此，所述例子不应被解释为限制本文实施例的范围。

本文的实施例公开了用于通过多个机器人产生用于在区域中无碰撞导航的2D导航地图的方法和系统。现在参考附图，并且更具体地参见图1至4所示，其中相同的附图标记表示在整个附图中一致的相应特征，有示出的实施例。

本文的实施例公开了用于通过多个机器人产生用于无碰撞导航的2D导航地图的方法和系统。在一个实施例中，特定区域的障碍物地图被转换为图片，然后在图片上施加粒子模拟以加入覆盖特定区域的图片的气泡。模拟中的气泡被自动处理(被移动或删除)，使得覆盖图片中的自由空间的最终一组气泡被识别。然后覆盖自由空间的气泡被用来通过连接气泡之间的边缘来生成2D导航地图以产生2D导航地图。然后2D导航地图被用来确定区域内的两个点之间的最短无碰撞导航路径。

图1是示出根据实施例的用于生成区域的2D导航地图并基于2D导航地图确定用于多个机器人的无碰撞导航路径的系统100的框图。系统100包括云地图服务器102，其为特定区域生成2D导航地图。云计算是计算机系统资源的按需可用性，无需由用户直接管理。云地图服务器包括多个处理器和存储器以生成和存储2D导航地图。在一个实施例中，云地图服务器102包括将特定区域的障碍物地图从数据存储器106导入并且然后将其转换为图片或图像的2D导航地图生成器104。障碍物地图是一种包括在特定区域处的各种障碍物和自由空间的细节的地图。例如，在仓库中，障碍物地图可以包括仓库内的架子，通路，墙壁等的细节。障碍物地图可以被转换成用于处理障碍物地图图像的图片或图像。在一个实施例中，包含包括在障碍物地图中的障碍物细节的障碍物地图元数据被与所述图像一起生成。

接下来，2D导航地图生成器104在该区域的生成图像上启动粒子模拟。启动粒子模拟包括将气泡添加到所生成的图像，直到气泡覆盖所生成的图像的整个空间。在一个实施例中，每个气泡代表2D导航地图中的节点。气泡的大小可以与可以使用用于导航该区域的2D导航地图的机器人的大小成比例。

然后，2D导航地图生成器104处理气泡模拟以便从被添加到所生成的图像的所述气泡中确定所述图像中与所述区域的自由空间重叠的一组气泡。在一个例子中，当该区域是仓库时，所述自由空间是机器人可以自由移动的区域，例如，小径等，而非自由空间是架子等，其是自由机器人移动的障碍物。2D导航地图生成器104可以通过删除与非自由空间重叠的气泡来确定与区域的自由空间重叠的气泡组。可以基于包括包含障碍物的区域的信息的障碍物地图元数据来识别非自由空间。在一个实施例中，2D导航地图发生器使用排斥/弹回操作来确定与该区域的自由空间重叠的气泡。在一个实施例中，可以基于“台球”游戏模拟排斥/弹回操作，其中台球球在撞击台球台上的任何边缘或台球台上的另一个球之后弹回。基于排斥/弹回操作，气泡在与地图的无自由部分重叠时从其原始位置回移，并且被定位于与该区域的自由空间重叠的区域处。在排斥/弹回操作的情况下，所述模拟继续添加气泡，直到图像上没有区域的自由空间留下。在实施例中，力场操作被用于确定与自由空间重叠的气泡组。在这种情况下，气泡被力场吸引到与自由空间重叠的图像部分，并且从非重叠图像部分排斥。

接下来，当模拟中的气泡是静态时，2D导航地图生成器104终止模拟操作。在一个实施例中，2D地图发生器104使用能量最小化原理以确保气泡是静态的。基于模拟操作，所确定的图像上的气泡可以仅覆盖与图像中的自由空间重叠的图像部分。接下来，2D导航地图生成器104通过利用边缘连接图像上的气泡来生成图形，其中所述边缘指示用于该区域的无碰撞导航的可以由机器人穿越的路径。更宽的路径可以通过较高密度的边缘来描绘，而较窄的路径可以通过较低密度的边缘来指示。2D导航地图生成器104将生成的2D导航地图存储在云地图服务器102的数据存储106中。

在一个实施例中，云地图服务器102还包括调度器108，该调度器108是查询处理器，以确定该区域中的两个位置之间的无碰撞导航路径。调度器108与多个机器人110和112无线通信。可以从任何机器人(例如机器人110)接收请求，以穿越到所述区域中的特定位置。

接收请求的调度器108在生成的2D导航地图上执行查询，以确定机器人当前位置和区域中特定点之间具有最少碰撞概率和需要最少行进时间行进的导航路径。在一个实施例中，导航路径包括在多个点之间的一个或多个脱节边缘，该多个点可以由机器人104使用图形中的边缘而被穿越。调度器108最终将所确定的最短距离路径作为导航路径传送到机器人110和112。机器人110和112可以基于所接收的导航路径在两个位置之间穿越。

因此，本发明解决了机器人导航领域中的技术问题。由于基于覆盖整个区域的气泡模拟生成3D导航地图，所生成的地图能够为机器人提供用于在该区域内导航的无碰撞导航路径。

图2A-2C是示出根据实施例的用于生成2D导航地图的过程的示例性框图。如图2A中所示，模拟操作在障碍物地图的图像200上启动，以覆盖具有气泡的障碍物地图的图像。

在图2B所示的例子中，通过删除或排斥/弹回操作去除覆盖图像200中所述区域的非自由部分的气泡，使得图像200包括与不与非自由区域(即，具有物体/障碍物的区域)重叠的自由区域204重叠的气泡。最后，如图2C所示，导航地图生成器通过使用边缘连接气泡来生成2D导航地图206，其中所述边缘指示可用于穿越该区域的路径。

图3是示出根据一个实施例的通过多个机器人生成用于在区域中导航的2D导航图形的过程300的框图。最初，云地图服务器处的2D导航地图生成器从云地图服务器处的存储器中检索区域的障碍物地图(302)。接下来，2D导航地图生成器生成与检索到的障碍物地图对应的图像(304)。然后，2D导航地图生成器启动粒子模拟以将气泡添加到所生成的图像(306)。在一个实施例中，气泡被添加到图像，直到气泡覆盖所产生的图像的整个空间。接下来，2D导航地图生成器处理气泡模拟以便从添加到所述图像所所述多个气泡中确定与所述区域的自由空间重叠的一组气泡(308)。如上所讨论的，处理气泡模拟被处理，使得与非自由空间重叠的气泡被删除或移动(基于排斥/回弹操作)。

接下来，当模拟中的气泡是静态时，2D导航地图生成器终止模拟操作(310)。接下来，2D导航地图生成器通过使用边缘来连接所获得的一组气泡来生成2D导航地图，其中所述边缘指示穿越所述区域的导航路径(312)。更宽的路径可以通过较高[密度的边缘来描绘，而较窄的路径可以通过较低密度的边缘密度来指示。最后，2D导航地图生成器将生成的2D导航地图存储在数据存储中(314)。方法300中的各种动作可以以所呈现的顺序、以不同的顺序或同时执行。此外，在一些实施例中，图3中列出的一些动作可以被省略。

图4是示出根据实施例的基于所生成的2D导航地图确定用于多个机器人的在该区域中的导航路径的过程400的流程图。最初从多个机器人接收请求，以确定穿越到区域中的多个位置的无碰撞路径(402)。在一个实施例中，所述多个机器人可以各自提供所述机器人想要穿越的相应的位置。基于所接收的请求，调度器执行在所生成的2D导航地图上的路径查找查询，以顺序地确定机器人当前位置与机器人请求行进的位置之间的无碰撞的需要时间最短的路径(404)。在一个实施例中，调度器以特定顺序启动路径查找操作，以确保序列中的最后一个机器人至少获得无碰撞的路径以穿越到该机器人想要穿越到的位置。例如，考虑有40个想要穿越到40个不同位置的机器人。在这种情况下，调度器启动用于机器人1的路径查找操作，并识别机器人1当前位置与机器人1想要穿越到的位置之间的最短路径。接下来，调度器通过选择机器人2当前位置与机器人2想要穿越到的位置之间的最短路径来启动用于机器人2的路径查找操作。在这种情况下，调度器假设指定给机器人1的路径已经被分配，并且它基于剩余的路径确定用于机器人2的最短路径。该过程被继续，直到路径被分配给最后一个机器人。调度器将所确定的需要时间最短并且无碰撞的路径传送给予所述多个机器人(406)。基于所接收的无碰撞路径，机器人从其当前位置穿越到该机器人请求行进到的位置(408)。

本文公开的实施例可以通过在至少一个硬件设备上运行并且执行网络管理功能以控制网络元件的至少一个软件程序来实施。所述网络元件包括块，其可以是硬件设备或硬件设备与软件模块组合中的至少之一。

本文公开的实施例公开了用于使用特定模拟为特定空间产生图形的方法和系统，其中一个或多个机器人可以在该特定空间中使用该图形用于导航。因此，应当理解，保护的范围被扩展到这样的程序，并且除了其中具有消息的计算机可读装置之外，当程序在服务器或移动设备或任何合适的可编程设备上运行时，这种计算机可读存储装置包含用于实施该方法的一个或多个步骤的程序代码装置。在至少一个实施例中，该方法通过以例如非常高速集成电路硬件描述语言(VHDL)编写的软件程序来实施或通过与另一种编程语言一起来实施，或者通过一个或多个VHDL或在至少一个硬件设备上执行的几个软件模块来实施。硬件设备可以是可以被编程的任何类型的设备，包括例如，任何类型的计算机，如服务器或个人计算机等，或其任何组合，例如，一个处理器和两个FPGA。该设备还可以包括这样的装置，其可以是例如像例如ASIC这样的硬件，或硬件和软件的组合，例如ASIC和FPGA，或至少一个微处理器和至少一个存储器(具有位于其中的软件模块)。因此，该装置是至少一个硬件装置和/或至少一个软件装置。本文描述的方法实施例可以在纯硬件或部分硬件与部分软件中实施。该设备还可以仅包括软件装置。或者，本发明可以在不同的硬件设备上实施，例如，使用多个CPU。

本文所述具体实施例的前述描述将如此全面地揭示所述实施例的一般本质，使得其他人通过应用当前知识，能够容易地修改和/或适应于各种应用，这样的实施例不脱离上位概念，并且因此，这种适应和修改应该和旨在被理解在所公开实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文所采用的措词或术语是为了描述而不是限制的目的。因此，虽然本文的实施例已经利用实施例和例子被描述，但是本领域技术人员将认识到，本文的实施例可以用在如本文所描述的权利要求书的精神和范围内的修改来实施。