用于机器人自主运动规划和导航的系统和方法技术方案

本方法涉及在与人类共享的室内环境中的机器人的导航(例如，路线规划和移动)。本方法包括随时间检测人类活动，包括但不限于人类运动；使用历史人类活动对人类活动进行建模，并且使用所建模的人类活动规划机器人的运动或移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机器人自主运动规划和导航的系统和方法关于联邦政府赞助的研究与开发的声明本专利技术是在政府的支持下在合同号VA118-12-C-0051下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
技术介绍
本文公开的主题涉及机器人在所处的环境中的任务规划和导航。各种实体可在室内环境或者人类也存在的其他环境中采用机器人或其他自主控制的设备。例如，可以采用这样的设备以在环境内移动或递送物品、清洁或检查环境的各部分、或操作环境内的仪器或设备。在这样的背景下，常规应用可采用实时感测以允许机器人或类似设备实时地确定环境中的人的存在和/或位置，并且作出反应以避免接触所感测到的人。然而，这样的实时感测和避碰可能是计算密集的，并且可能影响设备(例如，机器人)的计算资源。此外，感测和反应方法虽然适合于处理紧邻的周围环境，但与反应相反，在总体规划的背景下可能不太适合于任务和/或运动规划。
技术实现思路
在一个实施方式中，提供了一种机器人导航系统。根据该实施方式，机器人导航系统包括：传感器网络，被配置为随时间生成环境内的历史人类活动数据；以及一个或多个基于处理器的系统，被配置为接收历史人类活动数据并且基于历史人类活动数据导出环境内的多个位置之间的路径数据。机器人导航系统还包括：机器人，被配置为在环境内执行一个或多个任务，机器人包括：一个或多个传感器；以及处理组件，处理组件被配置为：接收从历史人类活动数据生成的路径数据；针对相应的任务，使用路径数据生成多个路点；使机器人依次沿着路点移动并且在某些或所有的路点处执行指定的动作；以及响应于由存在于机器人上的一个或多个传感器获取的实时感测数据，对机器人沿着路点的移动作出调整。在又一实施方式中，提供了一种用于在与人类共享的环境中导航机器人的方法。根据该方法，随时间在环境内获取历史人类活动数据。基于历史人类活动数据导出环境内的多个位置之间的路径数据。然后，在机器人上：接收从历史人类活动数据生成的路径数据；基于路径数据生成与待执行的任务相对应的多个路点；使机器人依次沿着路点移动并且在某些或所有的路点处执行指定的动作；响应于由存在于机器人上的一个或多个传感器获取的实时感测数据，对机器人沿着路点的移动作出调整。在额外的实施方式中，提供了一种机器人。根据该实施方式，机器人包括：一个或多个传感器；包括电动机的驱动系统；以及处理组件。处理组件被配置为：从外部源接收路径数据，其中，路径数据从历史人类活动数据生成；针对相应的任务，使用路径数据生成多个路点；将指令传达至电动机以使机器人依次沿着路点移动；并且响应于由存在于机器人上的一个或多个传感器获取的实时感测数据，对机器人沿着路点的移动作出调整。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，贯穿这些附图，相同的字符表示相同的部分，在附图中：图1是根据本公开的方面的机器人和联网环境的示意图；图2是根据本公开的方面适合用于图1的任务规划和导航系统的基于处理器的系统的框图；图3描述了根据本公开的方面的描述人类活动的热图的实例；图4描述了根据本公开的方面的描述人类活动的隐马尔可夫模型的实例；图5描述了根据本公开的方面的人类活动图的实例；图6描述了根据本公开的方面的成本图的实例；以及图7描述了根据本公开的方面在共享环境中导航机器人的步骤的处理流程。具体实施方式下面将描述一个或多个具体实施方式。为了提供这些实施方式的简明描述，在说明书中可能未对实际实现的所有特征进行描述。应当理解的是，在任何这种实际实现的研发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出大量实施方案特定的决策以实现开发者的特定目标，诸如遵循与系统相关和商业相关的约束，这些约束随实现不同而变化。此外，应当理解，这种开发工作可以是复杂并且耗时的，但是尽管如此，对于从本公开中受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作。当介绍本公开的各种实施方式的元件时，冠词“一个(a)”、“一种(an)”、“该(the)”和“所述(said)”旨在表示存在一种或多种元件。术语“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有”旨在是包容性的并且是指可以存在除了所列元件以外的另外的元件。此外，在下面的讨论中的任何数值实例旨在是非限制性的，并且因此另外的数值、范围和百分比在所公开的实施方式的范围内。如本文所讨论的，机器人或机器人设备可以在室内环境中操作以在执行动作或任务(诸如，递送或移动物品、执行保管任务、执行安全或监视功能等)时沿着路径移动。具体地，本方法的各方面辅助此类机器人在与人类共享的室内环境中以安全、稳健且高效的方式进行导航(例如，路线规划和移动)。本方法解决了若干问题，包括与以下各项有关的问题：检测人类活动，包括但不限于人类运动；对人类活动进行建模并且将所建模的人类活动结合到规划机器人运动或移动中；在复杂室内环境中规划机器人运动或移动，包括具有多于一个楼层或层面的环境；以及全局路线规划和局部反应性规划或调整的组合。考虑到前述内容，该方法的特征在于具有两个方面：人类活动建模的建模和规划混合运动。关于人类活动建模，在一个实现方式中，网络或互联网连接的服务器(例如，云服务器)连接到一个或多个传感器，该一个或多个传感器被定位成感测所讨论的室内环境中(诸如，感兴趣的建筑物中)的人类活动，以连续地或周期性地收集人类活动数据。可基于在系统操作期间获得的数据来调整或重新配置这种传感器网络。基于所收集的数据，在服务器上执行的例程可以生成环境的模型，该环境包含所观察的人类活动和/或在人类活动中可辨别的趋势(例如，在不同时间和/或日期的给定位置处的人类活动中所观察到的趋势或关系、每个位置和/或不同时间的人类运动或活动的方向或流动特性等等)。在一个实现方式中，这种模型可以结合“成本”的概念，并且可以基于由该模型确定的机器人的成本来评估、建议和/或选择机器人的潜在路径或运动。例如，与区域或位置相关联的成本值越高，便越不太期望将机器人移动到该区域中。即，在这种实现方式中，可以基于成本最小化来选择或建议路径。在一个实施方式中，可以构建一图表以描述跨建筑物中所有感兴趣的楼层的这种“成本”，并且该图表可以用于规划一个或多个机器人的运动。对于第二方面，机器人或与机器人通信的服务器可以采用成本图表来规划机器人的运动，以允许机器人以从图表确定的可接受的运动成本(诸如，最低运动成本)执行一个或多个任务。在这样的背景下，该图表为机器人提供关于全局环境的信息以及与人流量和移动有关的概率期望。在执行使用图表确定的运动规划中，可以采用机器人上的传感器进行实时感测来检测或以另外的方式感测附近环境。以这种方式，可执行局部反应运动和/或避碰。连接至云服务器以获得历史图表数据和最新的(即，最近的)传感器数据，有助于机器人本地地和全局地优化其规划。如本文所使用的，术语机器人或机器人设备包括但不限于基于地面的移动机器人，包括具有腿、轮子、履带等的机器人。这种设备还可以包括也是可编程的并且可移动以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人导航系统，包括：/n传感器网络，被配置为随时间生成环境内的历史人类活动数据；/n一个或多个基于处理器的系统，被配置为接收所述历史人类活动数据并且基于所述历史人类活动数据导出所述环境内的多个位置之间的路径数据；/n机器人，被配置为在所述环境内执行一个或多个任务，所述机器人包括：/n一个或多个传感器；以及/n处理组件，被配置为：接收从所述历史人类活动数据生成的所述路径数据；针对相应的任务，使用所述路径数据生成多个路点；使所述机器人依次沿着所述路点移动并且在某些或所有的路点处执行指定的动作；以及响应于由存在于所述机器人上的一个或多个所述传感器获取的实时感测数据，对所述机器人沿着所述路点的移动作出调整。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180112 US 15/870,5341.一种机器人导航系统，包括：
传感器网络，被配置为随时间生成环境内的历史人类活动数据；
一个或多个基于处理器的系统，被配置为接收所述历史人类活动数据并且基于所述历史人类活动数据导出所述环境内的多个位置之间的路径数据；
机器人，被配置为在所述环境内执行一个或多个任务，所述机器人包括：
一个或多个传感器；以及
处理组件，被配置为：接收从所述历史人类活动数据生成的所述路径数据；针对相应的任务，使用所述路径数据生成多个路点；使所述机器人依次沿着所述路点移动并且在某些或所有的路点处执行指定的动作；以及响应于由存在于所述机器人上的一个或多个所述传感器获取的实时感测数据，对所述机器人沿着所述路点的移动作出调整。


2.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其中，所述传感器网络包括多个RGB-D相机，所述多个RGB-D相机定位成监测所述环境内的人类活动。


3.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其中，所述一个或多个基于处理器的系统包括通过网络与所述传感器网络和所述机器人通信的一个或多个服务器。


4.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其中，所述历史人类活动数据包括在至少一周内获取的人类活动数据并且涵盖人类活动的每日趋势和每小时趋势中的一者或两者。


5.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其中，所述多个位置之间的所述路径数据包括所述环境内的高流量位置之间的路径数据。


6.根据权利要求5所述的机器人导航系统，其中，所述高流量位置包括楼梯、电梯、会议室、大厅、洗手间以及门口中的一者或多者。


7.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其中，所述一个或多个基于处理器的系统被配置为通过以下方式导出所述多个位置之间的所述路径数据：
使用所述历史人类活动数据生成人类活动的一个或多个表示；
基于所述人类活动的表示对所述多个位置处的人类活动进行建模；
基于所建模的人类活动生成一个或多个成本图；以及
使用所述一个或多个成本图导出所述多个位置之间的所述路径数据。


8.根据权利要求7所述的机器人导航系统，其中，所述人类活动的一个或多个表示包括热图。


9.根据权利要求7所述的机器人导航系统，其中，对所述多个位置处的人类活动进行建模包括生成隐马尔可夫模型。


10.根据权利要求7所述的机器人导航系统，其中，所述一个或多个成本图包括针对所述环境的每个楼层的反应性关键成本图。


11.根据权利要求7所述的机器人导航系统，其中，导出所述路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭欢，琳·安·德罗泽，徐毅，赵阳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US