CN107272678B - 使用经协调路径规划器有效调度多个自动非完整车辆的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及使用经协调路径规划器有效调度多个自动非完整车辆的方法和设备。描述了一种为一个或多个自动车辆协调路径规划的方法，包括：向在线路径规划器查询一个或多个自动车辆中的每一个自动车辆的至少一个可执行任务的可能解决方案；检查查询的结果；判定每一车辆的经协调路径规划；以及将经协调路径规划传送给交通管理器，其中交通管理器确保一个或多个自动车辆根据经协调路径规划来执行每个可执行任务。

Description

使用经协调路径规划器有效调度多个自动非完整车辆的方法 和设备
本申请是国际申请日为2012年4月10日，于2013年10月11日进入中国国家阶段的中国申请号为201280018127.5的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明公开的实施例通常涉及一种车辆管理***，并且尤其是涉及一种使用经协调路径规划器(coordinated path planner)有效调度多个自动非完整车辆(automatednon-holonomic vehicle)的方法和设备。
背景技术
自动车辆(AV)在混合使用、多车辆、动态的仓库环境中运行。该环境的特性能导致自动车辆在它们执行任务时受到未知障碍物或情形的阻碍。由于自动车辆的互动可能导致死锁，该延迟导致任一先验规划变得过时，并且时间关键任务有完成的风险。各因素——包括整体驾驶时间、诸如非完整运动的车辆限制、和燃料使用——也影响规划。这些问题促使开发和实施所提出的对多个车辆使用经协调路径的调度方案。
尽管对于多车辆路径规划的研究已经不是新的主题，例如，在受限制机器人中使用经协调手段以限定路线图来实现完整和相对快速的解决方案，但是仍然无法实现对于专注于连续曲线路径的非完整车辆的接近最佳的多车辆方法，该连续曲线路径避开移动的障碍物并且无碰撞。即使这些解决方案是有用的，但是问题考虑并没有广泛到足以直接应用于目标工业环境中。可能存在实现资源的高利用率和产品的吞吐量的需求。使用来解决规划和调度问题——尤其是多车辆的规划和调度问题——的当前方法在范围上常常过于受限而不能解决和尝试优化解决方案。
因此，本领域存在对于使用经协调路径规划有效调度多个非完整自动车辆的方法和设备的需求。
发明内容
本申请描述了一种为一个或多个自动车辆协调路径规划的方法，所述方法包括：向在线路径规划器查询一个或多个自动车辆中的每一个自动车辆的至少一个可执行任务的可能解决方案；检查查询的结果；判定每个车辆的经协调路径规划；以及将经协调路径规划传送给交通管理器，其中所述交通管理器确保一个或多个自动车辆根据经协调路径规划来执行每个可执行任务。
本申请还提供一种为多个自动车辆协调路径规划的方法，所述方法包括：
利用一个或多个中央处理单元通过网络获取用于所述多个自动车辆中的一个自动车辆的在工业环境中的可执行任务，其中各自动车辆包括导航模块、操纵组件以及运动组件，所述中央处理单元通过所述网络通讯耦接到所述多个自动车辆；
提供包括高层次节点的多层次图表，其中高层次节点中的每一个都包括一个或多个连接节点、一个或多个路线图节点以及一个或多个路径片段，其中所述一个或多个路径片段链接所述一个或多个连接节点，链接所述一个或多个路线图节点，或者链接所述一个或多个连接节点和所述一个或多个路线图节点的组合，其中，所述连接节点是位于高层次节点***上，路线图节点位于高层次节点内侧；
根据多层次图表构造路线图图表的解决方案集合，确定起始位置、目标位置与局部连接节点之间的局部路径，组合所述局部路径以形成多层次图表上的最终路径；
从路线图图表的解决方案集合中为自动车辆在线选择经协调路径规划，其中至少部分地基于搜索多层次图表以获得最优解决方案的启发选择经协调路径规划；以及
通过所述网络，将经协调路径规划的至少一部分传送给每个自动车辆，其中每个自动车辆的导航模块根据经协调路径规划操作操纵组件、运动组件或者操纵组件与运动组件二者；
利用一个或多个中央处理单元通过所述网络获取用于所述多个自动车辆中的一个自动车辆的在工业环境中即将到来的可执行任务；
使用所述即将到来的可执行任务为所述多个自动车辆中的一个自动车辆预测修改的经协调路径规划；
将所述修改的经协调路径规划的通过所述网络传送给每个自动车辆，其中每个自动车辆的导航模块根据所述修改的经协调路径规划操作操纵组件、运动组件或者操纵组件与运动组件二者。本申请进一步提供一种协调仓库中的路径规划的***，所述***包括：
位于仓库中的多个自动车辆，自动车辆中的每一个都包括与操纵组件和运动组件通信的导航模块；以及
与自动车辆中的每一个通信的一个或多个中央处理单元，其中所述一个或多个中央处理单元执行指令以：
获取用于多个自动车辆中的一个自动车辆的可执行任务；
访问包括高层次节点的多层次图表，其中高层次节点中的每一个都包括一个或多个连接节点、一个或多个路线图节点以及一个或多个路径片段，其中所述一个或多个路径片段链接所述一个或多个连接节点，链接所述一个或多个路线图节点，或者链接所述一个或多个连接节点和所述一个或多个路线图节点的组合，其中，所述连接节点是位于高层次节点***上，路线图节点位于高层次节点内侧；
根据多层次图表构造路线图图表的解决方案集合，确定起始位置、目标位置与局部连接节点之间的局部路径，组合所述局部路径以形成多层次图表上的最终路径；
从路线图图表的解决方案集合中为自动车辆在线选择经协调路径规划，其中至少部分地基于搜索多层次图表以获得最优解决方案的启发选择经协调路径规划；以及
将经协调路径规划的至少一部分传送给自动车辆中的每一个，其中自动车辆的每一个的导航模块根据经协调路径规划控制操纵组件、运动组件或操纵组件和运动组件二者；
获取用于所述多个自动车辆中的一个自动车辆的即将到来的可执行任务；
使用所述即将到来的可执行任务为所述多个自动车辆中的一个自动车辆预测修改的经协调路径规划；
将所述修改的经协调路径规划传送给每个自动车辆，其中每个自动车辆的导航模块根据所述修改的经协调路径规划控制操纵组件、运动组件或者操纵组件与运动组件二者。本申请又进一步提供一种为多个自动叉车协调路径规划的方法，其中自动叉车位于仓库中并且与一个或多个中央处理单元通信，并且其中所述方法包括：
利用中央处理单元通过网络获取用于所述多个自动叉车中的一个自动叉车的在工业环境中的可执行任务，其中各自动叉车包括导航模块、操纵组件以及运动组件；
提供包括高层次节点的多层次图表，其中各高层次节点中的每一个都包括一个或多个连接节点、一个或多个路线图节点以及一个或多个路径片段，其中所述一个或多个路径片段链接所述一个或多个连接节点，链接所述一个或多个路线图节点，或者链接所述一个或多个连接节点和所述一个或多个路线图节点的组合，其中，所述连接节点是位于高层次节点***上，路线图节点位于高层次节点内侧；
根据多层次图表构造路线图图表的解决方案集合，确定起始位置、目标位置与局部连接节点之间的局部路径，组合所述局部路径以形成多层次图表上的最终路径；利用所述中央处理单元根据多层次图表构造路线图图表的解决方案集合；
利用一个或多个中央处理单元从路线图图表的解决方案集合中为自动叉车选择经协调路径规划，其中至少部分地基于搜索多层次图表以获得最优解决方案的启发选择经协调路径规划；以及
将经协调路径规划的至少一部分通过所述网络传送给每一个自动叉车，其中每一个自动叉车的导航模块根据经协调路径规划控制操纵组件、运动组件或操纵组件和运动组件二者；
利用中央处理单元通过所述网络获取用于所述多个自动叉车中的一个自动叉车的在工业环境中即将到来的可执行任务；
使用所述即将到来的可执行任务为所述多个自动叉车中的一个自动叉车预测修改的经协调路径规划；
将所述修改的经协调路径规划通过所述网络传送给每个自动叉车，其中每个自动叉车的导航模块根据所述修改的经协调路径规划操作操纵组件、运动组件或者操纵组件与运动组件二者。
附图说明
因此参照实施例以能够详细理解本发明的上述特征的方式给出以上简要概述的本发明的更具体说明，其中某些实施例在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅仅图示了本发明的典型实施例并且因此并不认为是对本发明范围的限制，因为本发明可以允许其他等效实施例。
图1是图示根据各种实施例的用于使用地图有效调度自动车辆并实现经协调路径规划器的设备的功能框图；
图2图示了根据各种实施例的用于执行自动车辆的经协调路径规划的多层次图表；
图3是示例性路线图图表(roadmap graph)，其图示根据各种实施例的包含自动车辆的仓库；
图4是示例性路线图图表，其描述根据各种实施例的仓库内自动车辆的调度方案；
图5是示例性路线图图表，其描述根据各种实施例的仓库内自动车辆的另一种调度方案；
图6A-6C图示了根据各种实施例的使用经协调路径规划有效调度多个非完整自动车辆的多层次图表的各个层次；以及
图7是图示了根据各种实施例的用于使用地图有效调度自动车辆并对自动车辆进行路径规划以及实现经协调路径规划器的***的框图。
具体实施方式
给定一组目标，诸如围绕仓库移动产品，使用经协调路径规划对多个非完整自动车辆进行有效调度的方法和设备的各种实施例找到一种解决方案，该解决方案根据某些实施例优化了资源利用率，同时又满足当前和未来任务的截止期限。可以对目标进行定义以供优化，包括机动速度、燃料使用情况和即将到来的任务地点的各方面。发现规划解决方案的速度允许对当前和未来目标的多种不同可能性进行评估，使得选择最好的解决方案。还通过使用平滑、连续的弯曲路径来延伸对于路径的解决方案，以允许自动车辆驾驶路径而无需停止。
本发明公开描述了非完整自动车辆的多车辆路径规划和调度设备或***。该设备被开发以在自动车辆(例如，机器人和/或自动叉车等等)上使用以解决规划问题。通常，非完整(也称作“不完整(anholonomy)”)包括其状态受用于到达各状态的路径限定的***。
规划时间和可扩展性是功能***的关键因素。为了辅助减少搜索空间和解决方案计算时间，引入了对多层次节点中的自动车辆总数的限制。由于自动车辆通常并不需要占据仓库内的同一区域，因此这以很小的负面影响限制了搜索复杂度。快速规划时间允许产生预测规划。预测允许调度组件花费更多时间寻找最佳解决方案而不影响当前移动的自动车辆。预测还为命令完成提供了一定程度的可见性，并且辅助确保自动车辆的利用率不仅对当前任务是有效的，对即将到来的任务也是有效的。
由于自动车辆的灵活应用以及与环境(诸如仓库)的互动，本发明公开还描述了经协调路径规划，同时允许自动车辆驾驶到路线图图表上和/或离开路线图图表。这使得自动车辆能够在任意位置启动并且以足够精度驾驶到路线的终点以能够在执行任务时和环境正确互动。而且，由于阻断的路径可能会导致其它路径分段被阻断，因此防止其它自动车辆试图驾驶通过该区域改善了资源利用率并且节约了大量行程时间，否则这些时间将浪费在等待该区域被清理或者确定避开障碍物或阻断的路径的备选路径。
图1是图示根据各种实施例的用于使用地图102有效调度自动车辆并实现经协调路径规划器104的设备100的功能框图。除了经协调路径规划器104之外，设备100实现各种模块(例如，软件编码、固件和/或硬件组件等等)，诸如调度器106、导航模块108和交通管理器110。
在一些实施例中，调度器106向经协调路径规划器104查询执行各种可得到的任务的一个或多个可用自动车辆(AV)的不同可能解决方案。调度器106通过检查从经协调路径规划器104提供的可能解决方案的结果，而将这些任务更为有效地分配给自动车辆。一旦判定执行哪个解决方案，那么调度器106将经协调规划传送给交通管理器110以管理和/或监测自动车辆的执行。交通管理器110确保自动车辆根据经协调规划执行所分配的任务。每个自动车辆包括导航模块108，用于控制车辆移动(即，驾驶)和执行定位。交通管理器110基于当前执行状态来控制行程距离。当新信息可得时，诸如考虑地图102的变化或新任务时，调度器106继续寻找更优解决方案并且使自动车辆沿着各种路径更改路线。
寻找最优解决方案需要调度器106向经协调路径规划器104查询用于不同自动车辆可得到的任务中的每一个任务的每个可能方案。调度器106处理每个方案的结果并且搜索接近满足启发(heuristic)的解决方案。通过对结果应用阈值和/或选择给定时间段内的最优方案，可以获得满意的运行时性能。改善的运行时性能防止各种问题，诸如空闲造成的延误、浪费资源和/或错过最后期限。
根据一些实施例，调度器106基于关于即将到来的任务的信息，预测未来的解决方案。在针对自动车辆进行规划期间，另一自动车辆移动到一位置并且在一估计时间量内阻断一区域，同时执行当前任务的某一方面。在路径规划和调度期间考虑该估计时间量。一旦经过了时间估计，另一自动车辆可能会驾驶到不同位置。结果，自动车辆的任务执行不会与另一自动车辆执行当前任务发生冲突。识别和避免问题情况(例如，不可避免的位置)从长远来看提高了时间效率和利用率。
响应于调度器106的查询，经协调路径规划器104返回一个或多个自动车辆的每个可能配置的时间估计。各种因素可能影响每个时间估计。例如，将自动车辆分配给任务可能会对也在完成任务或空闲的其它自动车辆产生不利影响。因为启动空闲的自动车辆花费时间和资源(例如，燃料)，因此根据一些实施例，调度器106使用反映这种成本的启发。例如，经协调路径规划器104增加表示用于启动空闲自动车辆的成本的项。
设备100可以连续地或周期性地执行经协调路径规划。在一些实施例中，因为任务随着时间流逝而可以得到，因此由于计算时间和受限的信息而随后执行经协调路径规划，而不是一次执行全部。可选地，无论事件(诸如，新任务或地图102发生变化)何时发生，当前调度表由于可能潜在地存在更优的解决方案而变得无效。然而，调度并不是瞬间的，并且使自动车辆停止驾驶同时计算新的规划是低效的。在一些实施例中，调度器106将特定时刻传送给交通管理器110，在该特定时刻之后自动车辆将停止；交通管理器110也在该时刻返回自动车辆的估计位置。
同时，调度器106从该时刻起以更新后的事件来执行路径规划和调度。当时间截止时，调度器106选择到目前为止所发现的最优解决方案，假设这种解决方案在预定义的阈值内并且更新了当前调度表。如果不满足阈值，那么进一步规划是必需的。如果事件不会改变现在的规划，那么自动车辆无缝地继续执行任务。
在工业环境(例如，仓库)中，各种区域通常由于各种原因，诸如自动车辆故障或者障碍物(例如，并不包含在地图102中的障碍物)，而无法通行。如下将详细解释的，由于无论地图102何时发生变化，搜索空间(例如，如以下详细解释的，包括自动车辆每一个配置的超图)的大小都排除了在线进行修改，因此替代地记录阻断节点的列表。经协调路径规划器104在执行路径规划时检查该列表以便停止不同自动车辆根据路径规划通过这些区域和/或导航路径通过这些区域。如果已知相同的节点将被暂时阻断，那么根据一些实施例将会重新计算与启发相对的离线测量。
替代使用标准Dubins路径用于非完整自动车辆，经协调路径规划器104修正Dubins路径以在弯曲中增加恒定变化的过渡时期。期望曲线路径中的连续变化以允许自动车辆精确地以更高的速度驾驶。在一些实施例中，设备100通过构建图表片段以及加入(join)平滑路径之外的路径来实现修正的Dubins路径。加入路径在端点处具有更急剧的转向并且在加入路径加入图表之处具有更为平滑的转向，这是因为一旦自动车辆命中(hit)图表，那么自动车辆将会更为快速。由于这些路径需要额外空间，因此如果在更为平滑的路径上加入失败，那么加入路径的加入需要以更急剧的路径片段来重复。
图2图示了根据各种实施例的用于执行自动车辆的经协调路径规划的多层次图表200。经协调路径规划器104将每一个自动车辆作为具有一个或多个自由度的复合单元来考虑。自动车辆的起始位置是该单元的一种配置而目标位置是另一配置。每个配置可以组成非完整***的一种状态。
如图示的，多层次图表200为一个或多个自动车辆的复合单元限定了起始位置202和目标位置204。通过如下将详细解释的将多层次图表200离散为路线图图表，而限制可能配置的总数。一个或多个自动车辆的移动可以表示为一系列配置。每个配置限定了一个或多个自动车辆的位置，其可以包括一个或多个路线图节点，诸如路线图节点206，诸如高层次节点208的高层次节点上的一个或多个连接节点。当一个或多个自动车辆在所连接的路线图节点之间移动时，只要这些移动不会导致碰撞，配置可以对应于另一配置。
在一些实施例中，经协调路径规划器104在整个地图上放置各种类型的节点，并且随后使用路径片段连接这些节点以形成路线图表图表。各种类型的节点，包括但不限于，路线图节点206、高层次节点208、连接节点210以及终止节点212。连接节点中的各种节点的路径片段包括，但不限于，路径214和路径216。自动车辆沿着路径片段逐个节点地移动，直到自动车辆到达目标位置204。
经协调路径规划器104，在离线过程中，使用不同路线图节点处的自动车辆的所有可能组合或配置而形成高层次节点。通过沿着所连接的路线片段移动一自动车辆到达另一高层次节点而将这些高层次节点连接起来。经协调路径规划器104使用各种计算技术(例如，超图计算技术)以移除任意不可行的解决方案。在一些实施例中，高层次节点和相关连接形成超图。因此，超图包括多层次图表200内的每一个自动车辆配置。通过在运行时穿越超图，调度器106搜索路径规划的最优解决方案，而不必进行任何交会计算(intersectioncalculation)，该计算是离线执行的。
在一些实施例中，经协调路径规划器104使用启发来搜索多层次图表200以获得最优方案(即，路径)。例如，启发可以是节点之间自动车辆的行程时间。可以离线确定行程时间的估计并且对以特定调度表运行的所有自动车辆进行总计。经协调路径规划器104重复路径规划过程，这导致在与启发相比较时选择最优解决方案。
在一些涉及具有数个自动车辆的大区域的实施例中，经协调路径规划器104使用多层次图表，诸如多层次图表200，以减少搜索空间的大小。经协调路径规划器104将各种节点，诸如路线图节点和连接节点，分组成如图所示的高层次节点中。首先为多层次图表200的高层次部分寻找解决方案，接着是为下一层寻找更具体解决方案，直到完成完整的路线图层次的路径。
通过限制高层次节点内自动车辆的数目，进一步减少了搜索空间。给定常常只能有效地允许在给定区域内有一个或两个自动车辆的工业环境布局，该限制是可能的。因为假设最优高层次搜索将包括最优较低层次搜索，因此多层次图表200将导致次优解决方案，这是对计算时间的折衷。可以为多层次图表200离线计算与启发相对的估计的测量。
在一些具有高车辆交通的实施例中，经协调路径规划器104所发现的解决方案将会通过要求一个或多个自动车辆等待直到其它车辆通过特定位置来解决此问题。该解决在规划中被标注为车辆与相应位置之间的依赖关系。交通管理器110在执行该解决方案时解释这些依赖关系，并且在确定车辆被允许行驶的距离时确保车辆符合这些依赖关系。
在一些实施例中，自动车辆并不总是从路径216上的位置处开始出发或结束。这发生在自动车辆被手动驾驶并且从已知区域内的任意位置开始或者需要处理人类驾驶员(其并没有在多层次图表200上放置物品)所放置的物品时。为了解决该问题，对于每个自动车辆，需要计算从起始位置到某一节点的路径以及从某一节点到目标位置204的路径。只要路线图有足够的覆盖范围，那么Dubins路径或类似的路径就足够。
可能存在要加入的节点的某些选项，并且最近的节点可能不必是最佳的。本公开中所描述的方法的重要优点在于：计算速度允许确定接近最佳加入位置。沿着路线图边缘加入而不是在节点处加入可能更为有效。为了缩小自动车辆的加入可能性，可以离线计算一网格，该网格将包括从每个网格方块到达的可能节点。在运行时，取回可能节点并且沿着它们的连接路径片段执行二进制扫描以确定加入的最优位置。选择顶部路径片段作为搜索选项，使用片段末端处的节点。这些图表加入路径将会被选择成它们不会与其它自动车辆的起始/目标位置或起始/目标节点相交，这将允许它们到达它们的初始节点并且离开它们的最后节点而不会导致死锁。计算加入者意味着在运行时将会存在某些交会计算(intersection calculation)，但是如果地图102被分解为四叉树，那么这些区域小且可以快速解决。
图3是示例行路线图图表300，其图示了根据各种实施例的包含自动车辆的仓库。
根据一些实施例，路线图图表300描述了三辆自动车辆，其任务是从地图右侧拾取物品并将拾取的物品传送到左侧。第一自动车辆302拾取物品，其必须返回到仓库的另一侧。随后，其它两个自动车辆中的一个到来并拾取右侧的下件物品。对于调度器106存在至少两个解决方案：使用第二自动车辆304或第三自动车辆306拾取物品。随着移动第一自动车辆302到达左侧，所有这些可能方案与经协调路径规划器104通信，在经协调路径规划器104中计算路径以及完成的估计时间。
表I
使用不同自动车辆的估计时间
Figure GDA0002487863620000111
表I中示出了作为结果的时间估计。第二自动车辆304由于其靠近并阻断了走廊而受到任务青睐。参照图4描述该解决方案。因为启动空闲车辆可能是不期望的，因此在某些实施例中成本被应用到该活动中。该解决方案参照图5进行了描述。
在一些实施例中，经协调路径规划器104和调度器106考虑了自动车辆必须等待另一自动车辆的情况。计算这些情况下的等待位置和时间估计，并且将等待位置和时间估计结合到路径规划和调度中，如参考图4和5所述。在图4和图5中，在路线图图表和加入路径上使用连续曲线路径。由于自动车辆行进较为缓慢，加入路径在端点处更为急剧。
表II描述了考虑启动自动车辆所花费的时间的情况下第一自动车辆302、第二自动车辆304以及第三自动车辆306的估计行程时间。
表II
估计行程时间
AV302 AV304 AV306
39.78 19.43 0.00
图4是根据各种实施例的示例性路线图图表400，其描述了仓库(诸如，图3中所描述的仓库)内自动车辆的调度方案。第一自动车辆302在起始位置S1(即，路线图图表400上标记“S1”左侧的矩形区域)开始任务，并且拾取物品。第三自动车辆306移动以尽快完成任务，同时第一自动车辆302使用加入路径通过标为W1的两个潜在等待位置到达目标位置G1。
如路线图图表400中所描述的，起始位置S1也是第二自动车辆304的目标位置G2。因而，第二自动车辆304移动通过等待位置W2到达目标位置G2以拾取下件物品。在一些实施例中，第一自动车辆302停止并且等待第二自动车辆304移动到目标位置G2，和/或等待第三自动车辆306移动到目标位置G3。在一些实施例中，第三自动车辆306位于起始位置S3处并且对于第一自动车辆302的移动构成障碍并且必须被移出路径。在其它实施例中，第二自动车辆304位于起始位置S2。尽管向目标位置G2移动，但是第二自动车辆304在等待位置W2处等待第一自动车辆302移动离开目标位置G2(其也被标记为起始位置S1)附近的区域。
图5是根据各种实施例的示例性路线图图表500，其描述了仓库(诸如图3中所描述的仓库)内自动车辆的另一调度方案。在一些实施例中，另一解决方案与图4中所描述的解决方案在某些方面存在差别。例如，根据该解决方案配置的经协调路径规划器对启动自动车辆分配了更高的成本。第一自动车辆302在起始位置S1开始任务，并且拾取物品。当第一自动车辆302使用加入路径通过标为W1的潜在等待位置到达目标位置G1时，第二自动车辆304从起始位置S2向目标位置G2(其也就是起始位置S1)移动。即使第一自动车辆302必须行进稍长时间，但是第三自动车辆306不必启动，其导致了显著的成本节约。第三自动车辆306不需要从位置S3移动以便尽快完成任务。
图6A-C图示了根据各种实施例的使用经协调路径规划有效调度多个非完整自动车辆的多层次图表600的各个层次。图6A-C描述了通过确定各种高层次节点(诸如，高层次节点606和高层次节点608)之间的最优局部路径的在起始位置602和目标位置604之间的路径规划。图6A和6B可以被称为高层次图表，而图6C则可以被称为基本路线图图表。应当注意到，某些较高层次图表可以用于经协调路径规划。例如，更大的环境可能需要多于两个较高层次图表和一个基础路线图图表。
在一些实施例中，经协调路径规划器确定一个或多个连接节点之间的最佳局部路径，所述连接节点是位于高层次节点***上的节点。如图6B所示，经协调路径规划器可以确定连接节点610之间的路径。这种优化局部路径可以连接一个或多个路线图节点(例如，图2的路线图节点206)，其位于每个高层次节点内侧。在其它实施例中，经协调路径规划器计算不经过至少一个路线图节点的优化局部路径。
接着，确定起始位置602和局部连接节点(例如，起始连接节点)之间的局部路径。在某些实施例中，该路径包括一个或多个内部路线图节点。经协调路径规划器104可以以类似方式计算目标位置604和局部连接节点(例如，终点连接节点，诸如图2的终点连接节点212)之间的第二局部路径。在某些实施例中，经协调路径规划器组合局部路径以形成如图6C所示的多层次图表600上的最终路径612。在某些实施例中，经协调路径规划器104选择最低成本路径，所述最低成本路径包括到与目标位置604相关的局部连接节点的这些局部路径和高层次路径。随后，可以计算高层次节点606和高层次节点608内的最佳高层次路径。由于各种因素，诸如相同时刻或接近相同时刻运行的其它车辆，这些路径并不需要与最低成本路径中的任意部分匹配。根据一个或多个实施例，一旦经协调路径规划器104确定了最低层次(即，路线图层次)的最佳路径，那么经协调路径规划器104返回该结果作为最终路径612。
图7是根据一个或多个实施例的使用经协调路径规划器(诸如经协调路径规划器104)有效调度多个自动非完整车辆的***700的结构框图。在一些实施例中，***700包括计算机702和多个车辆704(图示为车辆7041到704N)，其中每个组件通过网络706彼此耦接。多个车辆704中的每个均包括导航模块，诸如导航模块108，用于操作各种车辆组件，诸如操纵组件和/或运动组件。应当意识到多个车辆704可以使用一个或多个计算机来执行导航模块108。
计算机702是一种类型的计算设备(例如，笔记本电脑，台式机，个人数字助理(PDA)等)。车辆704每一个都包括一个类型的计算设备(例如，笔记本电脑，台式机，个人数字助理(PDA)等)。一种计算设备，通常包括中央处理单元(CPU)708、各种支持电路710和存储器712。CPU 708可以包括一个或多个有助于数据处理和存储的商业上可得到的微处理器或微控制器。各种支持电路710有助于CPU 708的操作，并且可包括时钟电路、总线、电源、和/或输入/输出电路等等。存储器712包括只读存储器、随机存取存储器、磁盘驱动存储装置、光存储装置和可移除存储装置等等。存储器712包括各种数据，如地图110，以及各种软件包，诸如经协调路径规划器104、调度器106和导航模块108。这些软件产品实现用于有效调度自动车辆704的设备，诸如图1的设备100。
在一些实施例中，经协调路径规划器104包括由CPU执行的软件代码(例如，处理器可执行指令)，以响应来自本公开中所描述的调度器106的查询。经协调路径规划器104为每一个可能的解决方案确定完成任务的时间估计。这些时间估计被用于评估可能的解决方案。在一些实施例中，调度器106选择根据启发评估的用于调度自动车辆704的解决方案。调度器106将指令(例如，调度表)传送给交通管理器110，其使用导航模块108控制自动车辆操作和动作。
网络706包括通过由各种类型的已知网络元件(诸如集线器、交换机、和路由器等等)帮助形成的有线、电缆、光纤、和/或无线链接而连接计算机的传送***。网络706可以采用各种已知协议以在网络资源之间传送信息。例如，网络706可以为使用各种通信基础设施(诸如Ethernet、WiFi、WiMax、通用无线分组业务(GPRS)等)的因特网或内部网的一部分。
尽管在前描述涉及本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下也可以设计本发明的其他和进一步实施例，并且本发明的保护范围通过以下权利要求书来限定。

Claims (20)

1.一种为多个自动车辆协调路径规划的方法，所述方法包括：
利用一个或多个中央处理单元通过网络获取用于所述多个自动车辆中的一个自动车辆的在工业环境中的可执行任务，其中各自动车辆包括导航模块、操纵组件以及运动组件，所述中央处理单元通过所述网络通讯耦接到所述多个自动车辆；
提供包括高层次节点的多层次图表，其中高层次节点中的每一个都包括一个或多个连接节点、一个或多个路线图节点以及一个或多个路径片段，其中所述一个或多个路径片段链接所述一个或多个连接节点，链接所述一个或多个路线图节点，或者链接所述一个或多个连接节点和所述一个或多个路线图节点的组合，其中，所述连接节点是位于高层次节点***上，路线图节点位于高层次节点内侧；
根据多层次图表构造路线图图表的解决方案集合，确定起始位置、目标位置与局部连接节点之间的局部路径，组合所述局部路径以形成多层次图表上的最终路径；
从路线图图表的解决方案集合中为自动车辆在线选择经协调路径规划，其中至少部分地基于搜索多层次图表以获得最优解决方案的启发选择经协调路径规划；以及
通过所述网络，将经协调路径规划的至少一部分传送给每个自动车辆，其中每个自动车辆的导航模块根据经协调路径规划操作操纵组件、运动组件或者操纵组件与运动组件二者；
利用一个或多个中央处理单元通过所述网络获取用于所述多个自动车辆中的一个自动车辆的在工业环境中即将到来的可执行任务；
使用所述即将到来的可执行任务为所述多个自动车辆中的一个自动车辆预测修改的经协调路径规划；
将所述修改的经协调路径规划通过所述网络传送给每个自动车辆，其中每个自动车辆的导航模块根据所述修改的经协调路径规划操作操纵组件、运动组件或者操纵组件与运动组件二者。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
移除任意不可行的解决方案并使用所述启发从路线图图表的解决方案集合中搜索最佳解决方案。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
限制在高层次节点的每一个中所允许的自动车辆的数目以减少构造路线图图表的解决方案集合所需要的时间。
4.如权利要求3所述的方法，其中在高层次节点的每一个中所允许的自动车辆的数目是2个或更少。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
在特定时刻停止自动车辆的运行；以及
在特定时刻之后经过一时间段之后重新开始自动车辆的运行，其中在所述时间段期间选择经协调路径规划。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
产生阻断节点的列表；以及
使自动车辆停止导航与阻断节点对应的区域的一部分。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
离线计算网格，所述网格包括从每个网格方块能够到达的可能节点，在运行时取回所述可能节点并且沿着它们连接的路径片段执行二进制扫描以确定在多层次图表上加入节点的最佳位置；以及
形成修正的Dubins路径，所述修正的Dubins路径包括加入路径，加入路径在端点处具有更急剧的转向并且在加入路径加入多层次图表之处具有更为平滑的转向。
8.如权利要求7所述的方法，其中加入路径不与用于另一自动车辆的路线图图表的每一个的起始位置和目标位置相交。
9.如权利要求1所述的方法，其中经协调路径规划要求自动车辆之一等待直到一个或多个自动车辆中的另一个经过特定位置。
10.如权利要求1所述的方法，其中启发指示自动车辆在高层次节点之间的行程时间。
11.如权利要求1所述的方法，其中启发指示与自动车辆的空闲车辆的启动关联的成本。
12.如权利要求1所述的方法，其中启发指示不可用的高层次节点。
13.如权利要求1所述的方法，其中启发指示不可用的连接节点、路线图节点。
14.如权利要求1所述的方法，其中自动车辆是非完整的。
15.一种协调仓库中的路径规划的***，所述***包括：
位于仓库中的多个自动车辆，自动车辆中的每一个都包括与操纵组件和运动组件通信的导航模块；以及
与自动车辆中的每一个通信的一个或多个中央处理单元，其中所述一个或多个中央处理单元执行指令以：
获取用于多个自动车辆中的一个自动车辆的可执行任务；
访问包括高层次节点的多层次图表，其中高层次节点中的每一个都包括一个或多个连接节点、一个或多个路线图节点以及一个或多个路径片段，其中所述一个或多个路径片段链接所述一个或多个连接节点，链接所述一个或多个路线图节点，或者链接所述一个或多个连接节点和所述一个或多个路线图节点的组合，其中，所述连接节点是位于高层次节点***上，路线图节点位于高层次节点内侧；
根据多层次图表构造路线图图表的解决方案集合，确定起始位置、目标位置与局部连接节点之间的局部路径，组合所述局部路径以形成多层次图表上的最终路径；
从路线图图表的解决方案集合中为自动车辆在线选择经协调路径规划，其中至少部分地基于搜索多层次图表以获得最优解决方案的启发选择经协调路径规划；以及
将经协调路径规划的至少一部分传送给自动车辆中的每一个，其中自动车辆的每一个的导航模块根据经协调路径规划控制操纵组件、运动组件或操纵组件和运动组件二者；
获取用于所述多个自动车辆中的一个自动车辆的即将到来的可执行任务；
使用所述即将到来的可执行任务为所述多个自动车辆中的一个自动车辆预测修改的经协调路径规划；
将所述修改的经协调路径规划传送给每个自动车辆，其中每个自动车辆的导航模块根据所述修改的经协调路径规划控制操纵组件、运动组件或者操纵组件与运动组件二者。
16.如权利要求15所述的***，其中所述一个或多个中央处理单元执行指令以：
产生阻断节点的列表；以及
使自动车辆停止导航与阻断节点对应的仓库的地区的一部分。
17.如权利要求15所述的***，其中所述一个或多个中央处理单元执行指令以：
离线计算网格，所述网格包括从每个网格方块能够到达的可能节点，在运行时取回所述可能节点并且沿着它们连接的路径片段执行二进制扫描以确定在多层次图表上加入节点的最佳位置；
形成修正的Dubins路径，所述修正的Dubins路径包括加入路径，加入路径在端点处具有更急剧的转向并且在加入路径加入多层次图表之处具有更为平滑的转向。
18.如权利要求17所述的***，其中加入路径不与用于另一自动车辆的路线图图表的每一个的起始位置和目标位置相交。
19.如权利要求15所述的***，其中经协调路径规划要求自动车辆之一等待直到自动车辆中的另一个经过特定位置。
20.一种为多个自动叉车协调路径规划的方法，其中自动叉车位于仓库中并且与一个或多个中央处理单元通信，并且其中所述方法包括：
利用中央处理单元通过网络获取用于所述多个自动叉车中的一个自动叉车的在工业环境中的可执行任务，其中各自动叉车包括导航模块、操纵组件以及运动组件；
提供包括高层次节点的多层次图表，其中各高层次节点中的每一个都包括一个或多个连接节点、一个或多个路线图节点以及一个或多个路径片段，其中所述一个或多个路径片段链接所述一个或多个连接节点，链接所述一个或多个路线图节点，或者链接所述一个或多个连接节点和所述一个或多个路线图节点的组合，其中，所述连接节点是位于高层次节点***上，路线图节点位于高层次节点内侧；
根据多层次图表构造路线图图表的解决方案集合，确定起始位置、目标位置与局部连接节点之间的局部路径，组合所述局部路径以形成多层次图表上的最终路径；利用所述中央处理单元根据多层次图表构造路线图图表的解决方案集合；
利用一个或多个中央处理单元从路线图图表的解决方案集合中为自动叉车选择经协调路径规划，其中至少部分地基于搜索多层次图表以获得最优解决方案的启发选择经协调路径规划；以及
将经协调路径规划的至少一部分通过所述网络传送给每一个自动叉车，其中每一个自动叉车的导航模块根据经协调路径规划控制操纵组件、运动组件或操纵组件和运动组件二者；
利用中央处理单元通过所述网络获取用于所述多个自动叉车中的一个自动叉车的在工业环境中即将到来的可执行任务；
使用所述即将到来的可执行任务为所述多个自动叉车中的一个自动叉车预测修改的经协调路径规划；
将所述修改的经协调路径规划通过所述网络传送给每个自动叉车，其中每个自动叉车的导航模块根据所述修改的经协调路径规划操作操纵组件、运动组件或者操纵组件与运动组件二者。
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