[发明专利]一种基于交互方式限制移动机器人运动空间的方法

权利要求书

1.一种基于交互方式限制移动机器人运动空间的方法，其特征在于，主要包括虚拟边界教学的框架(一)；基于视觉标记的边界教学方法(二)。

2.基于权利要求书1所述的虚拟边界教学的框架(一)，其特征在于，学习框架基于影像技术，令移动机器人遵循空间位置并记录其姿态历史，位置数据还将进一步用于定义虚拟边界多边形，框架基于事件由表述教学过程状态的三个状态组成，为了使用这个框架，一个具体的实现只需要以适当的方式定义事件，同时状态的执行在不同应用之间可以保持不变，可适应其他人机接口，如人类手势或远程控制，状态之间的转换基于由用户交互式触发的事件。

3.基于权利要求书2所述的姿态，其特征在于，一个二维移动机器人的姿态被定义为包括机器人位置(x,y)和相对于地图坐标系的方向θ的三元组(x,y,θ)，在移动环境的同时，记录移动机器人的姿态直到一定时间k，记为X_0:k，两个连续姿势x_k-1和x_k之间的变换由控制向量u_k描述。

4.基于权利要求书3所述的三个状态，其特征在于，用于表述教学过程的三个状态如下所述：

(1)初始化：首先让移动机器人遵循一个地平面上由用户在教学过程中指出的位置，可以使用手势或一个调解器来提供位置被机器人跟随，不局限于具体的人机交互接口；

(2)记录：记录移动机器人在地平面上移动的位置，并记录其姿态历史X_a:b，机器人在时间a进入状态，并在时间b离开状态；

(3)保留：保留移动机器人停止位置，记录其姿势历史X_a:b，从机器人的姿势历史中提取出虚拟边界多边形B，此外，定义移动机器人的保留区域。

5.基于权利要求书4所述的保留区域，其特征在于，保留区域包含两种可能性：其一是边界多边形B的内部区域被设置为被占用，则机器人应远离多边形的内部区域，有利于将区域从机器人的工作空间中排除；另一种可能性是将多边形的内部区域声明为空闲，其余部分为被占用，由此定义机器人的工作区域，保留区域由用户提供的最后一个已知位置定义，最后，将虚拟边界及其保留区域集成到先前的地图中，从而产生由实际和虚拟组成的后验地图边界。

6.基于权利要求书2所述的虚拟边界，其特征在于，将虚拟边界定义为多边形P：＝(P₁,P₂,…,P_n)，由n个点组成，其中1<i<n，为建立地图M_posterior，需给定先验地图M_prior和虚拟边界地图M_virtual，先验地图M_prior由普通映射算法构成，或者采用过去教学过程的结果，而虚拟边界地图M_virtual是在交互式教学过程中构建而成的，由边界多边形和保留区域定义，所得到的后验地图M_posterior将包含实际和虚拟的边界，它可以作为代价地图的基础用于未来的导航任务中。

7.基于权利要求书1所述的基于视觉标记的边界教学方法(二)，其特征在于，在教学过程中使用三种不同的标记，标记的改变对应两种状态之间的转换，最初有一个初始的环境地图，移动机器人只能通过房间的物理边界限制在其工作空间，用户在机器人摄像机的视野内放置绿色标记，机器人则开始跟随标记，绿色标记用于将机器人引导到起始位置，通过更改标记id为蓝色，机器人继续跟随标记并开始记录其姿态历史X_a:b，从时间a开始记录，在时间b结束，即离开状态时，随后，用红色标记表示边界学习程序的结束，机器人的位置数据作为机器人姿态历史X_a:b的一部分，被提取出来以定义虚拟边界，最后，必须定义保留区域，由于机器人不必穿过地毯，通过将标记放置在多边形的内部来调整机器人的最终旋转，在相对保留区域定义工作区域的情况下，最终的机器人旋转必须指向多边形，如果机器人在时间t内保持不动，当前设置为t＝10秒，则教学过程成功完成，此外，只要切换标记id为绿色，教学可以在任何其他状态下取消。