[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

说明书

技术领域

本发明涉及移动机器人领域，尤其是涉及了一种基于交互方式限制移动机器人运动空间的方法。

背景技术

移动机器人常用于服务、仓储物流、制造业等领域，代替或部分代替人类进行相应工作。具体地，目前活跃在服务领域的移动机器人主要通过装载摄像头，托餐盘、智能触屏界面等可实现迎宾取号、咨询接待、信息查询、业务引导、物品运送等业务。在制造业领域主要应用于生产线上下料的搬运，车间与仓库间的转运出入库以及作为生产线上的移动平台进行装配工作。在仓储物流领域主要应用于仓储中心货物的智能拣选、位移，立体车库的小车出入库以及港口码头机场的货柜转运。虽然移动机器人的工作空间受到建筑物或家具的限制，但是由于隐私问题或根据具体情况，人们不希望移动机器人移动到某些其他的特定区域，所以进一步限制机器人的工作空间显得尤为必要。

本发明提出了一种基于交互方式限制移动机器人运动空间的方法，引入虚拟边界来精确和灵活地定义移动机器人的工作空间。搭建了一个向二维平面运动的移动机器人教授虚拟边界的框架，利用交互式的方法，可适用于多种不同的人机接口，利用基于视觉标记的方法，通过标记的切换实现在初始化、记录、保留三种状态下指定一个自定义的虚拟边界，从而限制移动机器人的运动空间。本发明突破了现有方法需要专业人士才可自定义机器人工作空间的局限，允许非专业用户无需编程技能即可对移动机器人的工作空间进行自定义，并且可以很容易适应不同的人机接口，如手势等，同时保证了其高精确度，为移动机器人的普及提供了有利的基础。

发明内容

针对现有方法需要专业人士才可自定义移动机器人工作空间的局限，提出了一种交互式教学框架，允许非专业用户无需编程技能即可对移动机器人的工作空间进行自定义，并且可以很容易适应不同的人机接口，如手势等，同时保证了其高精确度，为移动机器人的普及提供了有利的基础。

为解决上述问题，本发明提供一种基于交互方式限制移动机器人运动空间的方法，其主要内容包括：

(一)虚拟边界教学的框架；

(二)基于视觉标记的边界教学方法。

其中，所述的虚拟边界教学的框架，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。

进一步地，所述的姿态，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。

进一步地，所述的三个状态，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。

进一步地，所述的保留区域，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。