機(jī)器人裝置的離機(jī)式導(dǎo)航方法與設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人裝置的離機(jī)式導(dǎo)航，尤其涉及一種可響應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變的自適應(yīng)離機(jī)式導(dǎo)航。
【背景技術(shù)】
[0002]自主式導(dǎo)航是機(jī)器人裝置在消費(fèi)市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)中普遍使用的主要促成工具。在沒有任何人類的引導(dǎo)下，機(jī)器人裝置圍繞著一個(gè)地方移動(dòng)，依賴傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行任務(wù)。
[0003]然而，為具備能在導(dǎo)航中密集計(jì)算以及處理負(fù)載和功率的需求，而可實(shí)時(shí)提供導(dǎo)航指令，要達(dá)到令人滿意的導(dǎo)航精確度水準(zhǔn)是很昂貴的。傳統(tǒng)上導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)器人裝置上，以使機(jī)器人裝置能藉由機(jī)載執(zhí)行所有導(dǎo)航過程而獨(dú)立工作。因此，機(jī)載使用有著利用更強(qiáng)大的電腦和更大的電池的趨勢(shì)。然而這些方法將導(dǎo)致更高的成本。除了增加成本外，這個(gè)方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是增加機(jī)器人裝置的尺寸大小，這會(huì)使得機(jī)器人裝置不適合主要訴求在裝置大小的應(yīng)用上。
[0004]使用在很多產(chǎn)業(yè)中的現(xiàn)有的無(wú)人搬運(yùn)車(AGV)是較簡(jiǎn)易的，但為適應(yīng)建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使無(wú)人搬運(yùn)車工作，無(wú)人搬運(yùn)車需要延伸的、昂貴的及制式的改良。舉例來(lái)說，某一種形式的AGV在一區(qū)域內(nèi)導(dǎo)航時(shí)必須跟隨安裝在地板上的指標(biāo)或電線。
[0005]另一個(gè)方法是將機(jī)器人裝置經(jīng)由通信線路耦合至遠(yuǎn)程服務(wù)器，并利用所述服務(wù)器的處理能力。舉例來(lái)說，遠(yuǎn)程服務(wù)器例如可為云端運(yùn)算平臺(tái)，而通信線路可為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。因此，可在遠(yuǎn)程服務(wù)器完全離機(jī)式地執(zhí)行導(dǎo)航過程，或分離成機(jī)載和離機(jī)式的混合處理。當(dāng)大部分運(yùn)算可以分配至遠(yuǎn)程服務(wù)器或分散在裝備有強(qiáng)大處理器的遠(yuǎn)程服務(wù)群間，就可在采取離機(jī)式導(dǎo)航的機(jī)器人裝置上執(zhí)行最小量處理。在機(jī)器人裝置上的最小量處理例如包括:將機(jī)器人裝置傳感器得到的感測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，并從遠(yuǎn)程傳感器接收導(dǎo)航指令和/或位置信息。
[0006]此方法雖可解決成本和尺寸大小的問題，但應(yīng)被配置成實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)，機(jī)器人裝置和遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的傳送和接收信號(hào)總是有延遲，因而影響了機(jī)器人裝置的位置精確度。
[0007]圖1示出在離機(jī)式導(dǎo)航中無(wú)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)(L = 0)的理想狀況。機(jī)器人裝置100在連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)t。、tn t2...，藉由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送由傳感器所得到的感測(cè)數(shù)據(jù)至服務(wù)器110。感測(cè)數(shù)據(jù)由服務(wù)器110處理，其計(jì)算機(jī)器人裝置100的實(shí)際位置，然后傳送位置信息或?qū)Ш街噶?，例如移?dòng)的距離或方向，至機(jī)器人裝置100。因此，機(jī)器人裝置100是根據(jù)實(shí)際位置和目的地或計(jì)劃好的路線被下指令而移動(dòng)。在沒有網(wǎng)絡(luò)延時(shí)(類似機(jī)載導(dǎo)航)的理想狀態(tài)下，假設(shè)服務(wù)器110的處理時(shí)間很短而且可以忽略，機(jī)器人裝置100幾乎在與t。、tn t2…相同時(shí)間點(diǎn)接收到位置信息或?qū)Ш街噶睢Ｒ虼?，?dǎo)航指令通?？苫跈C(jī)器人裝置100的當(dāng)前的實(shí)際位置而被給定，因而機(jī)器人裝置100的位置精確度可媲美機(jī)載導(dǎo)航。圖3示出機(jī)器人裝置100在實(shí)際位置300和估計(jì)位置300’之間的最大差距和誤差。舉例來(lái)說，當(dāng)機(jī)器人裝置100根據(jù)導(dǎo)航指令移動(dòng)時(shí)，利用測(cè)程法信息估計(jì)其本身的位置300’ (如第3圖所示)，機(jī)器人裝置100的位置精確度則為在采樣周期T內(nèi)所累積的測(cè)程誤差，所述采樣周期即為兩個(gè)連續(xù)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)期。所述測(cè)程誤差被定義為機(jī)器人裝置100被下令要移動(dòng)的距離和實(shí)際移動(dòng)的距離之間的差值。
[0008]然而，實(shí)際上機(jī)器人裝置的位置精確度受網(wǎng)絡(luò)延時(shí)所影響(L>0)。如圖2所示，在從機(jī)器人裝置100傳送感測(cè)數(shù)據(jù)封包至服務(wù)器110的時(shí)間點(diǎn)(如t = t。)和機(jī)器人裝置100從服務(wù)器110所接收對(duì)應(yīng)于t = t。時(shí)傳送的感測(cè)數(shù)據(jù)的經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)封包的時(shí)間點(diǎn)(t=t3)之間總是有差值，而此差值被定義為網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。
[0009]因此，在從〖3至14期間，機(jī)器人裝置100根據(jù)在13時(shí)所接收的導(dǎo)航指令移動(dòng)，但t3時(shí)的導(dǎo)航指令對(duì)應(yīng)到t = t。時(shí)機(jī)器人裝置100的感測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際位置，而非對(duì)應(yīng)于13時(shí)當(dāng)前的位置。因此，機(jī)器人裝置100的位置精確度將因網(wǎng)絡(luò)延時(shí)而受影響。
[0010]機(jī)器人裝置和服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)主要受到感測(cè)數(shù)據(jù)的總量和網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響，而兩者都容易因環(huán)境改變而受影響。在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好而L值低時(shí)，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)造成機(jī)器人裝置的位置誤差可能不顯著；但在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)慢而L值高時(shí)，累積的位置誤差變得令人無(wú)法忍受，尤其在機(jī)器人裝置以高速移動(dòng)時(shí)。
[0011]因此，有需要藉由離機(jī)式的導(dǎo)航方法與裝置，在考慮機(jī)器人裝置和遠(yuǎn)程服務(wù)器之間通信網(wǎng)絡(luò)所造成延遲的情況下，產(chǎn)生正確的導(dǎo)航位置精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種機(jī)器人裝置的離機(jī)式導(dǎo)航方法，包括:定義機(jī)器人裝置位置精確度的閾值；計(jì)算所述機(jī)器人裝置與服務(wù)器通過其進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)延時(shí)為從所述機(jī)器人裝置傳送感測(cè)數(shù)據(jù)至所述服務(wù)器與從所述服務(wù)器接收對(duì)應(yīng)于由所述機(jī)器人裝置所傳送的感測(cè)數(shù)據(jù)而經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)之間的差值，以及根據(jù)所述機(jī)器人裝置位置精確度的閾值和所述網(wǎng)絡(luò)延時(shí)確定所述機(jī)器人裝置的速度。
[0013]確定所述機(jī)器人裝置的速度的步驟，可包括根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)延時(shí)設(shè)定采樣周期，所述采樣周期為從所述機(jī)器人裝置連續(xù)兩次傳送至所述服務(wù)器的感測(cè)數(shù)據(jù)之間的差值，以及確定在采樣周期中下令所述機(jī)器人裝置移動(dòng)的位移值。
[0014]確定在采樣周期中下令所述機(jī)器人裝置被移動(dòng)的位移值的步驟，可包括根據(jù)所述機(jī)器人裝置測(cè)程誤差的特征，確定在采樣周期中所述機(jī)器人裝置期望移動(dòng)的位移值，以及得到在采樣周期中待補(bǔ)償?shù)奈恢谜`差。
[0015]所述機(jī)器人裝置的測(cè)程誤差的特征可由預(yù)先校準(zhǔn)過的所述機(jī)器人裝置的測(cè)程誤差的輪廓曲線所表示。
[0016]所述機(jī)器人裝置其位置精確度的閾值可根據(jù)所述機(jī)器人裝置操作的環(huán)境確定。
[0017]所述機(jī)器人裝置的速度可被確定為與所述網(wǎng)絡(luò)延時(shí)成反比。
[0018]所述方法進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人裝置以等于或小于被確定速度的速度移動(dòng)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種離機(jī)式導(dǎo)航設(shè)備，所述離機(jī)式導(dǎo)航設(shè)備包括:月艮務(wù)器以及機(jī)器人裝置，所述機(jī)器人裝置根據(jù)從服務(wù)器所接收的導(dǎo)航指令而移動(dòng)。所述機(jī)器人裝置包括:傳感器，被配置成獲得感測(cè)數(shù)據(jù)；界面，被配置成接收所述機(jī)器人裝置位置精確度的閾值；以及處理器，被配置成計(jì)算所述機(jī)器人裝置與所述服務(wù)器通過其進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)延時(shí)為從所述機(jī)器人裝置傳送感測(cè)數(shù)據(jù)至所述服務(wù)器與從所述服務(wù)器接收對(duì)應(yīng)于由所述機(jī)器人裝置所傳送的所述感測(cè)數(shù)據(jù)的經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)之間的差值，并根據(jù)所述機(jī)器人裝置位置精確度的閾值和所述網(wǎng)絡(luò)延時(shí)確定所述機(jī)器人裝置的速度。
[0020]所述機(jī)器人裝置進(jìn)一步包括里程計(jì)，被配置成估計(jì)所述機(jī)器人裝置的位置。
[0021]所述服務(wù)器可被配置成處理從所述機(jī)器人裝置所傳送的感測(cè)數(shù)據(jù)，以得到對(duì)應(yīng)于被傳送的感測(cè)數(shù)據(jù)的所述機(jī)器人裝置的位置信息，并傳送所述位置信息至所述機(jī)器人裝置。
[0022]所述處理器可進(jìn)一步被配置成根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)延時(shí)設(shè)定采樣周期，所述采樣周期為從所述機(jī)器人裝置連續(xù)兩次傳送至所述服務(wù)器的感測(cè)數(shù)據(jù)之間的差值，并確定在被設(shè)定的采樣周期中下令所述機(jī)器人裝置移動(dòng)的位移值。
[0023]所述處理器可進(jìn)一步被配置成根據(jù)所述機(jī)器人裝置的測(cè)程誤差的特征，確定在采樣周期中所述機(jī)器人裝置期望移動(dòng)的位移值，并得到在采樣周期中待補(bǔ)償?shù)奈恢谜`差，以將下令移動(dòng)的位移值確定為經(jīng)所述位置誤差補(bǔ)償?shù)乃銎谕苿?dòng)的位移值。
[0024]所述機(jī)器人裝置的測(cè)程誤差的特征可由預(yù)先校準(zhǔn)過的所述機(jī)器人裝置測(cè)程誤差的輪廓曲線所表示。
[0025]所述機(jī)器人裝置的位置精確度的閾值可根據(jù)所述機(jī)器人裝置所操作的環(huán)境確定。
[0026]所述機(jī)器人裝置的速度可被確定為與所述網(wǎng)絡(luò)延時(shí)成反比。
[0027]所述機(jī)器人裝置以小于或等于被確定的速度的速度被驅(qū)動(dòng)而移動(dòng)。
【附圖說明】
[0028]以下參考所附圖式描述本方法和裝置的實(shí)施例:
[0029]圖1示出在離機(jī)式導(dǎo)航中網(wǎng)絡(luò)延時(shí)為零的理想狀況；
[0030]圖2示出在離機(jī)式導(dǎo)航中存在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的實(shí)際狀況；
[0031]圖3示出機(jī)器人裝置的位置精確度；
[0032]圖4為離機(jī)式導(dǎo)航設(shè)備實(shí)施例的示意圖；
[0033]圖5為顯示離機(jī)式導(dǎo)航方法實(shí)施例的流程圖；
[0034]圖6示出一實(shí)施例中使用離機(jī)式導(dǎo)航設(shè)備的機(jī)器人裝置的測(cè)程誤差的輪廓曲線示意圖；
[0035]圖7示出一實(shí)施例中離機(jī)式導(dǎo)航方法的運(yùn)行時(shí)間的簡(jiǎn)易示意圖；以及
[0036]圖8為根據(jù)圖7示出的運(yùn)行時(shí)間顯示在不同時(shí)間點(diǎn)的參數(shù)值的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]圖4示出響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變的離機(jī)式導(dǎo)航設(shè)備400的一實(shí)施例。離機(jī)式導(dǎo)航設(shè)備400，包括經(jīng)由通信線路如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)440耦合于服務(wù)器430的機(jī)器人裝置410。服務(wù)器430為可接收和傳送數(shù)據(jù)的任意形式的裝置，并可包括適合于導(dǎo)航處理的強(qiáng)大處理器。服務(wù)器430可為云計(jì)算平臺(tái)，使負(fù)載處理分散