使用多个机器人对环境的发现和监视制造技术

提供了使用多个机器人发现和监视环境的技术。多个机器人通过以下方式来导航环境：为每个机器人确定导航缓冲区；允许每个机器人在与其他机器人保持基本上最小的距离的同时在环境内导航，其中基本上最小的距离对应于导航缓冲区，以及其中导航缓冲区中的每一个的大小随着时间基于仍然有待导航的环境的百分比被减小。机器人还可以通过以下方式来导航环境：获取将环境划分为多个离散区域的离散化；以及使用广度优先搜索为多个机器人中的一个确定下一未被访问的离散区域，以探索示例性环境。多个离散区域可以例如是多个真实或虚拟瓦片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用多个机器人对环境的发现和监视
本专利技术涉及协调多个移动机器人对给定环境或区域进行探索和监视的自动化技术。
技术介绍
数据中心正在消耗更多的能量。认识到冷却是能耗的重要贡献因素，数据中心操作员开始容忍更高的运行温度。尽管该实践节省了相当多的能量，但是以更接近容许的运行温度极限的温度运行会增加温度问题导致设备故障的风险，而设备故障会冲销节能的财务收益。需要警戒，并且该警戒正越来越多地由数据中心能量管理软件提供，所述数据中心能量管理软件监视数据中心环境状况例如温度，并在麻烦的热点发展时警告操作员。已经提出或建议了许多技术来使用一个或多个机器人自动地对数据中心进行导航、构建地图和监视。例如，通过引用结合在本文中的J.Lenchner等人的“TowardsDataCenterSelf-DiagnosisUsingaMobileRobot”(ACMInt’lConf.onAutonomicComputing(ICAC’11)(2011))公开了一种机器人，其用作物理自主元件来自动地对数据中心进行导航、构建地图和监视。所公开的机器人导航数据中心、对其布局构建地图并监视其温度或感兴趣的其他量，而只有很少的人工辅助(如果有的话)。此外，通过引用结合在本文中的于2010年9月28日提交的标题为“DetectingEnergyandEnvironmentalLeaksinIndoorEnvironmentsUsingaMobileRobot”的美国专利申请序列号12/892,532公开了使用一个或多个移动机器人在室内环境中进行能量和环境泄露检测的技术。尽管机器人的使用已经极大改进了自动监视室内环境的能力，但是它们也受到许多限制，如果能克服这些限制，则可以进一步扩展监视室内环境的机器人的有用性和效率。例如，有挑战的是，使多个机器人高效地导航室内环境而不会互相阻碍，特别是在接近探索结束时。许多现有导航技术使用众所周知的基于边界的A*增量导航方法，这首先在PeterHart等人的“AFormalBasisfortheHeuristicDeterminationofMinimumCostPaths”(SIGARTNewsletter,37:28-29(1972))中针对单个机器人进行描述，更近期地由Yamauchi的“Frontier-BasedExplorationUsingMultipleRobots”(Proc.oftheInt’lConf.onAutonomousAgents(1998))在多个机器人的背景中进行描述。此外，许多现有导航技术还集成了每个机器人携带“势场”使得机器人被强制互相隔开某个人工调谐的距离这一构思。例如参见YongK.Hwang和NarandraAhuja的“APotentialFieldApproachtoPathPlanning”(IEEETrans.OnRoboticsandAutomationActions,Vol.8,Issue1(IEEE,1992))。对于自动地对环境(特别是结构良好的室内环境诸如数据中心)进行导航、构建地图和监视的机器人而言，仍然需要更高效的导航方法。
技术实现思路
通常，本专利技术的各方面提供了使用多个机器人对环境的发现和监视。根据本专利技术的一个方面，多个机器人通过以下方式导航环境：为每个机器人确定导航缓冲区；以及允许每个机器人在环境内导航，同时与其他机器人保持基本上最小的距离，其中基本上最小的距离对应于导航缓冲区的大小，以及其中，每个导航缓冲区的大小基于仍然有待导航的环境的百分比随着时间而减小。导航缓冲区的大小可以例如与仍然有待导航的环境的百分比成正比地减小。环境可以是已知或未知的环境。导航缓冲区可以例如被初始化为用于把k个均一的导航缓冲区装配在环境内的初始区域。示例性导航缓冲区包括圆形、椭圆形、正方形、长方形、其他多边形等。如果机器人能够在三维中导航，则区域也可以是三维的，其中类似的样本导航缓冲区是球体、椭圆体、正方体或长方体。根据本专利技术的另一方面，多个机器人通过以下方式导航环境：获取把环境划分为多个离散区域的离散化；以及使用广度优先搜索为在示例性环境中探索的多个机器人中的一个确定下一未被访问的离散区域。多个离散区域例如可以是多个真实或虚拟瓦片。通过参考以下详细描述和附图，将会获得本专利技术的更完整的理解以及本专利技术的更多特征和优点。附图说明图1示出可以在其中使用本专利技术的示例性室内环境；图2是包含本专利技术的方面的势场半径确定过程的示例性流程图；图3和4示出示例性机器人R1和R2使用所公开的可变势场导航技术导航经过图1的示例性室内环境；图5是包含本专利技术的方面的广度优先搜索路径确定过程的示例性流程图；图6至13示出示例性机器人R1和R2使用图5的广度优先搜索路径确定过程确定下一未被访问的瓦片，而导航经过图1的示例性室内环境；并且图14是可以实现本专利技术的过程的机器人导航系统的框图。具体实施方式本专利技术提供了在先前已知的环境以及先前未知的环境中的改进的多机器人导航。根据本专利技术的可变势场方面，通过基于已知环境中仍然有待探索的区域的百分比、或者未知环境中仍然有待探索的区域的估算百分比而改变势场的半径，来改进已知和未知环境的多机器人导航。势场在这里也被称为“导航缓冲区”。通常，示例性势场的半径随着保持未被探索的室内环境的百分比(或估算百分比)的降低而减小。尽管使用围绕每个机器人具有基本均一半径的圆形来举例说明本专利技术的可变势场方面，但是对于本领域普通技术人员而言很明显的是，可以围绕每个机器人建立任意形状以及可变大小的导航缓冲区。根据本专利技术的广度优先搜索方面，通过使用广度优先搜索(BFS)为多个机器人确定经过已知环境的路径，来改进已知环境的多机器人导航。所公开的广度优先搜索技术使用多项式时间递归启发，其防止两个或多个机器人尝试访问环境的相同部分。通常，每个机器人增量地创建广度优先搜索树，并且它们共同尝试找到环境内的下一未被访问的位置。每个机器人更新其各自的BFS树以适应首先成功找到未被访问的位置的机器人。通常，广度优先搜索(BFS)是图形搜索算法，其在根节点开始并探索所有相邻节点。然后，对于每个最接近的节点，图形搜索算法探索其所有未被探索的相邻节点，等等，直到找到期望的节点(即之前未被访问的瓦片)。这里所使用的术语“建筑物”旨在指代各种设施，包括但不限于含有大量信息技术(IT)设备的数据中心，以及工业办公室空间和住宅建筑物。图1示出可以在其中使用本专利技术的示例性室内环境100。给定机器人集合{R1,...,Rk}并假设在示例性室内环境100内将被探索的空间已被离散化为正方形“瓦片”的集合。在某些实际的环境例如计算机数据中心中，自然的离散化单元是实际的物理地板或天花板瓦片。在其他环境中，离散化单元可以是虚拟瓦片。图1的示例性室内环境100包括6乘6瓦片的示例性阵列，由两个示例性机器人R1和R2探索。在示例性室内环境100中用x标记的瓦片保持未被访问。用交叉阴影图案填充的瓦片表示障碍物的存在。如下面结合图2至4进一步讨论，示例性机器人R1和R2使用本专利技术的可变势场方面来导航经过示例性室内环境100的路径。如下面结合图5至13进一步讨论，示例性机器人R1和R2使用本专利技术的广度优先搜索方面来导航本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在环境中导航多个机器人的方法，包括：为所述机器人中的每一个确定导航缓冲区；以及使所述多个机器人中的每一个能够在与其他机器人保持基本上最小的距离的同时在所述环境内导航，其中所述基本上最小的距离对应于所述导航缓冲区的大小，其中基于所述环境的仍然有待导航的百分比，随着时间减小所述导航缓冲区中的每一个的大小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.12 US 13/348,8461.一种用于在环境中导航多个机器人的方法，包括：为所述多个机器人中的每一个确定导航缓冲区；以及使所述多个机器人中的每一个能够在与其他机器人保持基本上最小的距离的同时在所述环境内导航，其中所述基本上最小的距离对应于所述导航缓冲区的大小，其中基于所述环境的仍然有待导航的百分比，成线性比例地减小所述导航缓冲区中的每一个的大小。2.如权利要求1所述的方法，其中与所述环境的所述仍然有待导航的百分比成正比地减小所述导航缓冲区。3.如权利要求1所述的方法，其中多个即k个导航缓冲区被初始化为初始导航缓冲区，以便将k个基本均一的导航缓冲区装配在所述环境内。4.如权利要求1所述的方法，其中所述环境的所述仍然有待导航的百分比是估算的值。5.如权利要求1所述的方法，其中所述导航缓冲区中的至少一个的所述大小是基于对应机器人的速度确定的。6.如权利要求1所述的方法，其中所述导航缓冲区中的每一个包括围绕对应机器人的给定半径的圆。7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：获取将所述环境划分为多个离散区域的离散化；以及使用广度优先搜索为所述多个机器人中的一个确定要在所述环境中探索的下一未被访问的离散区域。8.如权利要求7所述的方法，其中所述确定步骤由所述多个机器人中的每一个执行。9.如权利要求7所述的方法，其中所述确定步骤由至少一个处理器执行，并且将所述确定步骤的结果提供给所述多个机器人中的每一个。10.如权利要求7所述的方法，其中所述多个离散区域包括多个真实或虚拟瓦片。11.如权利要求7所述的方法，其中所述环境包括已知的环境。12.如权利要求7所述的方法，其中所述确定步骤还包括以下步骤：每个机器人每次在所有可能的方向上采取进入所述离散区域中的一个的假想步骤，以及保持路径的广度优先搜索树直到一个机器人到达所述下一未被访问的离散区域。13.如权利要求12所述的方法，其中所述确定步骤还包括以下步骤：所述一个机器人向所述多个机器人中的其他机器人声明：所述一个机器人已经在所述广度优先搜索树中到达所述下一未被访问的离散区域；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭尚青，C·伊什奇，J·伦克纳，M·慕克尔吉，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US