CN110891740B

CN110891740B - 用于为远程可控机器人提供机器人操作约束的方法和系统

Info

Publication number: CN110891740B
Application number: CN201880031302.1A
Authority: CN
Inventors: N·麦卡拉吉斯
Original assignee: Toyota Research Institute Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: US20180281179A1; WO2018187042A1; US10449671B2; KR102329067B1; CN110891740A; EP3606705A1; JP6901586B2; JP2020515425A; KR20200019119A

Abstract

一种约束机器人的操作的方法，包括：使用机器人的网络接口硬件从用户接收一个或多个机器人控制指令，其中机器人控制指令指示机器人执行机器人移动，确定向机器人提供一个或多个机器人控制指令的用户是主要用户还是次要用户；以及将由一个或多个机器人控制指令指示的机器人移动与一个或多个机器人操作约束进行比较。该方法还包括确定由该一个或多个机器人控制指令指示的机器人移动是否与该一个或多个机器人操作约束相冲突，并且当用户是次要用户并且由该一个或多个机器人控制指令指示的机器人移动与该一个或多个机器人操作约束相冲突时约束机器人的操作。

Description

用于为远程可控机器人提供机器人操作约束的方法和系统

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月4日提交的美国申请No.15/478,735的优先权，其通过引用被结合于此。

技术领域

本说明书一般涉及对机器人设备的控制，更具体而言，涉及用于为远程可控机器人提供机器人操作约束的方法和系统。

背景技术

机器人设备正越来越多地用于各种各样的应用中，诸如医疗保健、制造和用户辅助应用中。在机器人正变得越来越自主时，机器人仍然可以响应于用户输入来执行任务。此外，随着机器人的使用变得更加广泛，机器人已经变得与许多不同的终端用户互连，例如，经由众包(crowd sourcing)技术。作为一个例子，机器人的所有者可以允许其他用户控制机器人执行任务，诸如清洁、洗衣等。然而，所有者可能不希望允许该其他用户具有对机器人的完全控制，例如，在该其他用户正在所有者的家庭、企业等中远程操作机器人时。

因此，需要用于为远程可控机器人提供机器人操作约束的方法和系统以约束非所有者用户对机器人的控制。

发明内容

在一个实施例中，一种约束机器人的操作的方法，包括：使用机器人的网络接口硬件从用户接收一个或多个机器人控制指令，其中机器人控制指令指示机器人执行至少一个机器人移动，确定向机器人提供该一个或多个机器人控制指令的用户是主要用户还是次要用户，并且将由该一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动与一个或多个机器人操作约束进行比较。该方法还包括：确定由该一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动是否与该一个或多个机器人操作约束相冲突，以及当用户是次要用户并且由所述该一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动与一个或多个机器人操作约束相冲突时约束机器人的操作。

在另一实施例中，一种机器人控制系统，包括：具有网络接口硬件的机器人、通信地耦合到机器人的人机接口装置、一个或多个处理器、通信地耦合到该一个或多个处理器的一个或多个存储器模块。机器人控制系统还包括存储在一个或多个存储器模块中的机器可读指令，该机器可读指令使得机器人控制系统在由一个或多个处理器执行时执行至少以下各项：使用机器人的网络接口硬件从用户接收一个或多个机器人控制指令，其中机器人控制指令指示机器人执行至少一个机器人移动，确定向机器人提供一个或多个机器人控制指令的用户是主要用户还是次要用户，将由该一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动与一个或多个机器人操作约束进行比较，确定由一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动是否与一个或多个机器人操作约束相冲突，并且当用户是次要用户并且由一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动与一个或多个机器人操作约束相冲突时约束机器人的操作。

在另一实施例中，一种建立一个或多个机器人操作约束的方法，包括：使用机器人的网络接口硬件从用户接收多个控制指令，使得机器人执行多个机器人移动，其中多个机器人移动中的每个单独机器人移动基于多个控制指令中的单个控制指令，以及将关于多个机器人移动中的每一个机器人移动的机器人移动模式信息存储在一个或多个存储器模块中。此外，该方法包括使用被通信地耦合到一个或多个存储器模块的处理器基于关于多个机器人移动中的每一个机器人移动的机器人移动模式信息来建立一个或多个机器人操作约束。

结合附图考虑以下详细描述，将更充分地理解本文所描述的实施例提供的这些特征和附加特征。

附图说明

在附图中阐明的实施例在本质上是说明性和示意性的，并且不旨在限制由权利要求限定的主题。当结合以下附图阅读时，可以理解说明性实施例的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记指示，并且其中：

图1示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的机器人控制系统，该机器人控制系统包括位于操作环境中的机器人和通信地耦合到该机器人的人机接口装置；

图2示意性地描绘了根据本文描述和图示的一个或多个实施例的机器人控制系统的被通信地耦合的组件；

图3示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的多个示例机器人移动；

图4示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的位于示例操作环境中的机器人；

图5描绘了图示根据本文示出和描述的一个或多个实施例的约束机器人的操作的方法的流程图；以及

图6描绘了图示根据本文示出和描述的一个或多个实施例的建立一个或多个机器人操作约束的方法的流程图。

具体实施方式

总体上参照附图，本文描述的实施例针对用于为远程可控机器人提供机器人操作约束的方法和系统。实施例允许机器人的主要用户(例如，机器人的所有者、机器人的注册用户等)对机器人的操作设定一个或多个机器人操作约束。因此，当次要用户操作机器人时(例如，非拥有者用户、远程用户等)，机器人可以仅执行机器人能够执行并且机器人可以仅在机器人所处的操作环境的一部分内操作的所有机器人移动的子集。作为非限制性的说明性示例，主要用户可能想要机器人进行衣物折叠任务，但可能不想在衣物折叠任务中控制机器人。因此，主要用户可以请求次要用户控制机器人并且执行例如用于支付的衣物折叠任务。但是，在主要用户想要副要用户进行衣物折叠任务的同时，主要用户可能不想要次要用户将机器人移动到操作环境的某些区域(例如，主用户的房屋)以及/或者当次要用户正在操作机器人时，可能不想要机器人执行某些机器人移动。因此，使用本文描述的实施例，主要用户可以生成一个或多个机器人操作约束，使得主要用户可以限制次要用户可以指示机器人执行的机器人移动，并且限制次要用户可以指示机器人进入的位置。本文中将具体参照附图描述用于为远程可控机器人提供机器人操作约束的方法和系统的各种实施例。

现在参照图1，描绘了机器人控制系统100，其中用户116，诸如主要用户116'(例如，注册用户、机器人所有者等)或次要用户116"(例如，非所有者用户、远程用户等)可例如通过经由一个或多个人机接口装置(HRI)140向机器人120提供一个或多个机器人控制指令来控制机器人120。如图1描绘，机器人120可以位于操作环境160中。用户116可以在操作环境160中或者可以远离机器人120和操作环境160。要注意的是，虽然以服务机器人应用的文本形式描述机器人控制系统100(即，机器人于其中辅助人们日常工作的应用)，但实施例不限于此。

虽然本文描述的机器人控制系统100主要参照机器人120的用户控制操作，但在一些实施例中，机器人120还可以包括自主操作功能。例如，机器人120能够以自主模式和控制模式(例如，机器人120于其中完全或部分地由用户116控制的模式)两者操作。例如，在衣物折叠任务期间，机器人120可以自主模式操作以从其在操作环境160中的当前位置行进到衣物的位置。一旦到达衣物，机器人120可以从自主模式切换到控制模式，并且然后可以响应于从用户116接收到的指令执行衣物折叠任务。

图示机器人120包括头部124、一个或多个臂126、一个或多个机械手122和移动基座(locomotion base)127。应当理解的是，本文描述的实施例不受图1中描绘的机器人120的配置所限制，并且机器人120可以具有任何形状和尺寸。机器人120包括机器人无线通信模块(例如，图2的网络接口硬件112)，该无线通信模块向一个多个HRI140发送和从其接收无线信号。以这种方式，机器人120与一个或多个HRI 140无线通信。机器人120可以向HRI140发送各种信号，诸如视频信号、位置信号、功率电平信号、健康信号等。HRI 140可以向机器人120发送各种信号，诸如对应于机器人移动模式的控制信号、自主导航启动信号(例如，行进到点A的指令)、遥控信号(例如，手动控制信号)等。

如图1描述，机器人120包括一个或多个相机125(或其他视觉传感器)，当机器人120在空间(例如，操作环境160)内导航时，相机125可以视觉地捕获机器人120看到的内容。在图示的实施例中，一个或多个相机125位于机器人120的头部124。应当理解的是，一个或多个相机125可以位于机器人120的其他区域。在操作中，由一个或多个相机125产生的图像可以通过通信路径104无线地传输到HRI 140，使得图像由HRI 140接收。因此，如图1描绘，HRI 140可以在显示界面142上显示由机器人120的一个或多个相机125产生的图像。

特别地，HRI 140可以在显示界面142上显示操作环境160的视觉表示。在一些实施例中，HRI 140可以包括虚拟现实单元，并且可以增强操作环境160的视觉表示以描绘操作环境160的虚拟现实。在一些实施例中，例如，当次要用户116"正在控制机器人120时，显示界面142可以显示操作环境160的增强的视觉表示，以在操作环境160内生成虚拟游戏。因此，次要用户116"可以被激励以控制机器人120并且执行作为虚拟游戏的部分的一个或多个任务。此外，在一些实施例中，当次要用户116"正在控制机器人120时，显示界面142可以显示操作环境160的增强的视觉表示，该增强的视觉表示使操作环境160的视觉表示的至少一部分失真。在图1中描绘的实施例中，操作环境160包括图像帧165，并且在一些实施例中，主要用户116'可能不想要次要用户116"看到在图像帧165内的内容，并且可以设置机器人控制系统100以使图像帧165内的图像失真或阻挡该图像。

在一些实施例中，一个或多个摄像机125包括横向分离的至少两个视频摄像机125，使得它们产生立体二维图像，该立体二维图像包括深度信息，使得机器人可以在三维空间中操作。例如，机器人120可以参照由至少两个相机125产生的立体图像，以确定目标对象162离机器人120多远。此外，机器人120可以利用导航算法来确定X、Y和Z坐标，使用立体二维图像在操作环境160内导航以及在操作环境160内操纵对象(诸如目标对象162)。

仍然参照图1，机器人120的每个臂126在臂126的一端耦合到机器人120的机器人主体121，在臂126的另一端耦合到单个机械手122。实施例可能具有一个或多个臂126。由臂126和机械手122提供的自由度可以取决于被控制的机器人120的类型。作为示例，机械手122可以是多指操纵器，使得机械手122可以以与人手类似的方式抓取对象(例如，目标对象162)。臂126和机械手122的移动可以由例如多个致动器(诸如伺服电机)实现。致动器可以经由从HRI 140接收的信号来控制，如以下更详细的描述。

此外，移动基座127被配置为在整个空间(例如，在整个操作环境160)中移动机器人120。移动基座127可包括一个或多个轮子，该一个或多个轮子被驱动以根据从HRI 140接收的指令将机器人120运至各种位置和从该各种位置将机器人120运走。例如，车轮可以由电动机驱动。例如，还可利用用于移动的其它装置，诸如连续轨道或可移动腿。机器人120可以从HRI 140接收指令以自主地从点A行进到点B。机器人的处理器(例如，图2的处理器102)然后可以指示移动基座127的组件平移或旋转，使得机器人120相应地从点A移动到点B。

仍然参照图1，每个HRI 140可以被配置为具有一个或多个机器人控制程序的计算设备，用户116(例如，注册用户或远程用户)可以操作该计算设备以无线控制机器人120，诸如服务机器人。一个或多个HRI 140可以是具有能够显示机器人120看到的内容的图像的显示界面142接口和用于从用户116接收控制指令的一个或多个用户输入硬件144的任何设备。该一个或多个HRI 140可以是虚拟现实单元、台式计算机、膝上型计算机、上网本、智能电话、媒体播放器、专用硬件等。

现在参照图2，示意地描绘了机器人控制系统100的一个或多个电气组件和通信组件。注意，虽然机器人控制系统100的电气组件和通信组件在图2中被隔离地描述，电气组件和通信组件可以被包括在HRI 140内、在机器人120内或在两者之内。如图2描述，机器人控制系统100包括一个或多个处理器102。该一个或多个处理器102中的每一个可以是能够执行机器可读指令的任何设备。虽然图2描绘了作为机器人120的组件的一个或多个处理器102，但每个HRI 140和机器人120可以包括一个或多个处理器102。该一个或多个处理器102中的每一个可以是控制器、集成电路、微芯片、计算机或任何其他计算设备。

一个或多个处理器102被耦合到通信路径104，该通信路径104在机器人控制系统100的各个模块之间(例如，如图1示出的机器人120和HRI 140之间)提供信号互连。相应地，通信路径104可以将任意数量的处理器102彼此通信地耦合(例如，机器人120和HRI 140的处理器102)，允许机器人120和HRI 140在分布式计算环境中操作。如本文所使用的，术语“通信地耦合”是指能够彼此交换数据信号的耦合组件，诸如，例如经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。

通信路径104可以由能够传输信号的任何介质形成，该介质诸如例如导线、导电迹线、光波导等。在一些实施例中，通信路径104可以促进诸如WiFi、蓝牙等无线信号的传输。另外，通信路径104可以由能够传输信号的介质的组合形成。在一个实施例中，通信路径104包括导电迹线、导线、连接器和总线的组合，该组合协作以允许将电数据信号传输到诸如处理器、存储器、传感器、输入设备、输出设备和通信设备的组件。相应地，通信路径104可以包括车辆总线，诸如例如LIN总线、CAN总线、VAN总线等。此外，应注意，术语“信号”意指能够通过介质行进的波形(例如，电、光、磁、机械或电磁)，诸如DC、AC、正弦波、三角波、方波、振动等。

此外，机器人控制系统100包括耦合到通信路径104的一个或多个存储器模块106。虽然图2描绘了作为机器人120的组件的一个或多个存储器模块106，每个HRI 140和机器人120可以包括一个或多个存储器模块106。一个或多个存储器模块106可以包括RAM、ROM、闪存、硬盘驱动器等。例如，一个或多个存储器模块106可以被配置为易失性和/或非易失性存储器以及，因此，可以包括随机存取存储器(包括SRAM、DRAM和/或其他类型的随机存取存储器)、闪存、寄存器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)和/或其他类型的存储组件。此外，一个或多个存储器模块106被配置为存储一组有形地具体化的可执行指令(即，机器可读指令)，其被配置为指示机器人120和/或HRI 140的一个或多个处理器102执行本文描述的功能。该组可执行指令(例如，机器人控制指令)可以被具体化为例如存储在诸如计算机设备(诸如台式计算机或智能电话)内的一个或多个机器人控制程序。

机器可读指令可以包括以任何一代的任何编程语言(例如，1GL、2GL、3GL、4GL或5GL)编写的逻辑或算法，诸如例如可以由处理器直接执行的机器语言或汇编语言、面向对象的编程(OOP)、脚本语言、微代码等，这些编程语言可以被编译或汇编成机器可读指令并被存储在一个或多个存储器模块106上。替代地，机器可读指令可以以硬件描述语言(HDL)编写，诸如经由现场可编程门阵列(FPGA)配置或专用集成电路(ASIC)或其等同物实现的逻辑。相应地，本文描述的方法可以以任何常规的计算机编程语言，作为预先编程的硬件元件或者作为硬件和软件组件的组合来实现。

机器人控制系统100还可以包括耦合到通信路径104的一个或多个卫星天线108。虽然图2描绘了作为机器人120的组件的一个或多个卫星天线108，但每个HRI 140和机器人120都可以包括一个或多个卫星天线108。一个或多个卫星天线108被配置为从全球定位系统卫星接收信号。具体而言，在一个实施例中，卫星天线108包括与由全球定位系统卫星传输的电磁信号交互的一个或多个导电元件。所接收的信号通过一个或多个处理器102被转换为指示卫星天线108或定位在卫星天线108附近的对象的位置(例如，纬度和经度)的数据信号。在一些实施例中，卫星天线108可以定位在机器人120上，可以确定机器人120的位置信息，例如，关于机器人120在操作环境160内的具体位置的信息。

仍然参照图2，在一些实施例中，HRI 140、机器人120和其他外部设备(诸如远程服务器)可以通过网络114通信地耦合。网络114可以包括一个或多个计算机网络(例如，个人区域网、局域网或广域网)、移动通信网络、卫星网络和/或全球定位系统，以及它们的组合。合适的局域网可以包括有线以太网和/或无线技术，诸如例如无线保真(Wi-Fi)。合适的个人区域网络可以包括无线技术，诸如例如IrDA、蓝牙、无线USB、Z波、ZigBee和/或其他近场通信协议。适合的个人区域网络可以类似地包括有线计算机总线，诸如例如USB和火线(FireWire)。适合的移动通信网络包括但不限于诸如LTE、WiMAX、UMTS、CDMA和GSM之类的技术。

此外，每个HRI 140、机器人120和其他外部设备(诸如远程服务器)可以经由导线、经由广域网、经由局域网、经由个人区域网、经由蜂窝网络、经由卫星网络等通信地耦合到网络114。例如，机器人120和每个HRI 140可以包括网络接口硬件112，用于将机器人120和/或HRI 140通信地耦合到网络114，从而提供在机器人120和每个HRI 140之间的通信耦合。虽然图2将网络接口硬件112描绘为机器人120的组件，但每个HRI 140和机器人120可以包括网络接口硬件112。网络接口硬件112可以通信地耦合到通信路径104，并且可以是能够经由网络114发送和/或接收数据的任何设备。相应地，网络接口硬件112可以包括用于发送和/或接收任何有线或无线通信的通信收发器。例如，网络接口硬件112可以包括天线、调制解调器、LAN端口、Wi-Fi卡、WiMax卡、移动通信硬件、近场通信硬件、卫星通信硬件和/或用于与其他网络和/或设备通信的任何有线或无线硬件。在一个实施例中，网络接口硬件112包括被配置为根据蓝牙无线通信协议操作例如蓝牙发送/接收模块，该蓝牙发送/接收模块用于向机器人120和HRI 140发送或从机器人120和HRI 140接收蓝牙通信。

仍然参照图2，机器人控制系统100还可以包括通信地耦合到通信路径104的一个或多个反馈设备118。虽然图2描绘了作为机器人120的组件的一个或多个反馈设备118，每个HRI 140和机器人120可以包括一个或多个反馈设备118。该一个或多个反馈设备118可以包括扬声器、触觉反馈设备等。包括扬声器的实施例将来自机器人控制系统100的数据信号转换成可听的机械振动，而包括触觉反馈设备的实施例可以包括振动设备(诸如在其中通过振动递送触觉反馈的实施例中)、吹气设备(诸如在其中通过空气喷吹递送触觉反馈的实施例中)或压力生成设备(诸如在其中通过生成的压力递送触觉反馈的实施例中)。在一些实施例中，该一个或多个反馈设备118可以是每个HRI 140的一部分，使得机器人控制系统100可以向用户116提供反馈。

现在参照图1和图2，机器人控制系统100的显示界面142，例如，每个HRI 140的显示界面142可以被配置为任何显示设备，并且可以结合任何显示技术，诸如液晶显示器、等离子显示器、阴极射线管、电子墨水等。显示界面142被耦合到通信路径104以将显示界面142通信地耦合到机器人控制系统100的其他组件，例如机器人120和该机器人120的一个或多个相机125。在操作中，显示界面142可以显示机器人120所看到的内容的二维图像。在图示实施例中，显示界面142被配置为触摸屏，使得用户可以通过触摸显示界面142将命令输入到HRI 140中。

机器人控制系统100，例如每个HRI 140还包括通信地耦合到通信路径104的用户输入硬件144，使得用户输入硬件144通信地耦合到机器人控制系统100的其他组件，诸如机器人120。用户输入硬件144可以是能够将机械、光学或电信号转换成能够用通信路径104传输的数据信号的任何设备。具体而言，用户输入硬件144可以包括任意数量的可移动对象，该可移动对象各将物理运动转换为可以通过通信路径104传输到诸如例如按钮、开关、旋钮、麦克风或键盘、鼠标、操纵杆等的数字信号。这些其他的用户输入硬件144可以与触摸屏显示界面142结合使用或代替触摸屏显示界面142使用。此外，在一些实施例中，用户输入硬件144可以包括一个或多个运动跟踪传感器，用户116可以持有和/或佩戴运动跟踪传感器，使得控制指令可以包括用户116在持有和/或佩戴运动控制传感器时或在运动控制传感器以其他方式附接到用户116时执行期望的机器人移动。

现在参照图1至图4，机器人控制系统100还包括机器人操作库105，该机器人操作库105被配置为存储在一个或多个存储器模块106(例如，机器人120、HRI 140或两者的存储器模块106)内的一个或多个数据库。机器人操作库105可以包括关于机器人120的操作的各种信息，例如，关于机器人120被配置以执行的一个或多个机器人移动(诸如在图3中描绘的第一机器人移动136和第二机器人移动138)的信息，以及关于机器人120的操作环境160的信息，其示例在图4中被更详细地描绘。此外，机器人操作库105包括关于一个或多个机器人操作约束的信息。

机器人操作约束包括在机器人120从次要用户116"接收机器人控制指令时对机器人120的操作的限制。换言之，机器人操作约束指的是在次要用户116"控制机器人120时限制(例如，阻止)机器人120的某些操作的一组规则。此外，机器人操作约束可以包括通用机器人操作约束和/或任务特定机器人操作约束。本文使用的“通用机器人操作约束”指的是存储在机器人操作库105中的一组规则，其在次要用户116"在任何任务期间正在控制机器人120时限制机器人120的操作。一个或多个任务特定机器人操作约束包括存储在机器人操作库105中的一组规则，其在远程用户在每个特定任务期间正在控制机器人120时限制机器人120的操作。此外，机器人操作约束可以包括关于次要用户116"可以操作机器人120的日期和时间的约束。

在操作中，主要用户116'可以例如使用HRI 140设置一个或多个机器人操作约束。在一些实施例中，主用户116'可以从预先编程的一组机器人操作约束中选择机器人操作约束。在其他实施例中，机器人控制系统100可以例如在机器人120处于训练模式时，基于机器人120接收的主要用户116'的控制指令生成机器人操作约束，如下文关于图6所述。因此，主要用户116'可以限制次要用户116"可以指示机器人执行的机器人移动，限制远程用户可以指示机器人120进入的位置，并且控制次要用户116"可以操作机器人120的日期和时间，例如，限制在某些日期和/或时间期间的一些或所有的机器人操作。

如以上所述，机器人操作库105包括响应于例如经由HRI 140无线地接收由机器人120从用户116接收的机器人控制指令(例如，主要用户116'或次要用户116")的关于机器人120被配置为执行的各种机器人移动的信息。机器人控制指令指示机器人120执行遵循机器人移动模式的至少一个机器人移动。具体而言，机器人控制指令可以包括例如使用机器人120的各种致动器使机器人120移动移动基座127、一个或多个臂126和/或沿着机器人移动模式的一个或多个机械手122的指令(例如，控制信号)。在一些实施例中，机器人移动模式包括用于机器人120在操作环境160内的位置(例如，使用运动基座127)之间平移的行进路径。在一些实施例中，机器人移动模式包括用于臂126和/或机械手122或机器人120的其他附件的移动模式，其可以包括用于例如根据期望的任务(诸如折叠衣物、洗碗碟等)来抓取和移动目标对象162的模式。

在操作中，当次要用户116"正在操作机器人120时，机器人操作约束可以限制某些机器人移动。例如，如图3中所描绘的，机器人操作约束可以将机器人120能够执行的移动的每一个设置为授权的机器人移动172或受限的机器人移动173。当机器人移动包括授权的机器人移动172并且次要用户116"指示机器人120执行机器人移动时，机器人120将执行机器人移动。此外，当机器人移动包括受限的机器人移动173并且次要用户116"指示机器人120执行机器人移动时，机器人120将不执行机器人移动。在一些实施例中，授权的机器人移动172是默认的机器人操作约束设置，使得机器人120能够执行的未由主要用户116'指定为授权的机器人移动172或受限的机器人移动173的任何移动默认为授权的机器人移动172。在其他实施例中，受限的机器人移动173是默认的机器人操作约束设置，使得机器人120能够执行的未由主要用户116'指定为授权的机器人移动172或受限的机器人移动173的任何移动默认为受限的机器人移动173。

现在参照图3，描绘了包括第一臂126a和第二臂126b的说明性机器人120，该第一臂126a和第二臂126b各自可在第一臂位置130、第二臂位置132和第三臂位置134之间移动。第一臂126a和第二臂126b均被配置为执行第一机器人移动136，其包括将臂126(第一臂126a、第二臂126b或该两者)从第一臂位置130移动到第二臂位置132。此外，第一臂和第二臂126b均被配置为执行第二机器人移动，其包括将臂126(第一臂126a、第二臂126b或该两者)从第二臂位置132移动到第三臂位置134。在图3所描绘的实施例中，第一机器人移动136包括授权的机器人移动172，而第二机器人移动138包括受限的机器人移动173。此外，图3中描绘的机器人操作约束可以包括通用机器人操作约束，使得无论什么任务，限制(例如阻止)次要用户116"执行第二机器人移动128或替代地可以包括与子集任务(其可以是一个或多个任务)相关联的任务特定机器人操作约束，使得第二机器人移动138仅在与任务特定机器人操作约束相关联的任务子集期间是受限的机器人移动173。

如以上所述，机器人操作库105还包括关于机器人120所处的操作环境160的信息，其中包括关于位于操作环境160中的一个或多个目标对象162的信息。如图4所描绘，描绘了包括机器人120所处的建筑物的示例操作环境160。示例操作环境160包括多个房间，例如，第一房间164(机器人120和目标对象162均所处其中)和第二房间166、第三房间168和走廊169中的每一个。在次要用户116"正在操作机器人120时，机器人操作约束可以限制机器人120可以位于操作环境160中的何处(例如，次要用户116"可以指示机器人120进入何处)。例如，机器人操作约束可以将操作环境160的区域(例如，操作环境160的房间或其他空间部分)设置为授权区域170或受限区域171。

在操作中，当在操作环境160中的区域(例如，房间)包括授权区域170并且次要用户116"指示机器人120移动到授权区域170中时，机器人120将进入授权区域170。此外，当在操作环境160中的区域(例如，房间)包括受限区域171并且次要用户116"指示机器人120移动到受限区域171中时，机器人120将不会进入受限区域171。此外，在图4中描绘的示例操作环境中，第一房间164是授权区域170，第二房间166、第三房间168和走廊169中的每一个是受限区域171。因此，如果次要用户116"指示机器人120从第一房间164行进到第二房间166中，则机器人操作约束将防止机器人移动。

在一些实施例中，授权区域170是默认机器人操作约束设置，使得操作环境160未由主要用户116'指定为授权区域170或受限区域171的任何区域默认为授权区域170。在其他实施例中，受限区域171是默认机器人操作约束设置，使得操作环境160未由主要用户116'指定为授权区域170或限制区域171的任何区域默认为受限区域171。此外，在一些实施例中，受限区域171可以包括家具内的位置，例如抽屉、柜子等在。该实施例中，机器人操作约束可以防止次要用户116"指示机器人120打开被设置为限制区域171的抽屉、柜子等。

此外，在一些实施例中，可以确定性地或概率性地将单独的机器人操作约束应用于机器人120的操作。示例的确定性机器人操作约束包括这样的机器人操作约束：该机器人操作约束总是在机器人120由次要用户116"指示进入受限区域171时防止其进入受限区域171。此外，示例的概率性机器人操作约束包括这样的机器人操作约束：该机器人操作约束允许次要用户116"在执行任务(例如，折叠衣物)时以多种方式操作机器人120并且仅防止高概率不类似于特定任务的机器人移动(例如，不类似于衣服折叠的机器人移动)。此外，在一些实施例中，当机器人120处于自主模式时，不应用机器人操作约束。作为示例，如果机器人120的电池为低，即使当充电站位于操作环境160的受限区域171中时，机器人120也可以进入自主模式并且自主地行进到充电站。

仍然参照图1至图4，机器人120(例如机器人120的一个或多个存储器模块106)可以用操作环境160的楼层平面图或其他地图信息预先编程，使得机器人120知道操作环境160的布局，包括障碍物和其他禁止区(例如，一个或多个受限区域171)。此外，机器人120还可以配备有障碍物回避传感器，诸如IR障碍物回避传感器，例如使得机器人120可以避免与障碍物接触。例如，在一些实施例中，机器人120可以覆盖用户提供的机器人控制指令，并且在从用户116接收的机器人控制指令指示机器人120接触一个或多个障碍物时(例如，该一个或多个机器人操作约束可以阻止机器人120和位于操作环境160中的障碍物之间的接触)避免与障碍物接触。此外，在一些实施例中，当用户116指示机器人120移动到操作环境160内的位置时，机器人120(例如，机器人120的一个或多个处理器102)可以利用包括快速探索的随机树路线规划算法的路线规划算法来有效地规划导航路线，同时避开可能存在于操作环境160内的障碍物。树可以通过在空间内生成样本并且将样本连接到树的最接近样本来在空间的表示内被构建。机器人导航路线可以基于点A和点B之间的最优路径来选择。

现在参照图2和图4，在一些实施例中，机器人控制系统100还包括外部机器人控制设备190。外部机器人控制设备190可以被通信地耦合到机器人120，并且可以被配置为向机器人120输出覆盖操作信号，例如，当次要用户116"指示机器人120执行受限操作(例如，执行受限的机器人移动173、进入受限区域171等)时。例如，外部机器人控制装置190可以经由诸如例如IrDA、蓝牙、无线USB、Z波、ZigBee和/或其他近场通信协议被通信地耦合到机器人120。此外，在一些实施例中，外部机器人控制装置190可以不被通信地耦合到每个HRI 140，以将外部机器人控制装置190与每个HRI 140通信地分离。因此在次要用户116"规避由机器人操作约束在机器人120的操作上放置的限制的情况下，外部机器人控制装置190可以实现机器人操作约束，并且在一些实施例中，关闭机器人120和/或切断在机器人120与每个HRI140或至少由次要用户116操作的HRI 140之间的通信。

现在参照图5，现在将具体参照图5的流程图10并且一般参照其他附图来描述约束机器人120的操作的方法。流程图10描绘了多个方法步骤，该方法步骤虽然以特定顺序次序描述，但不限于该顺序次序。首先，在步骤12，约束机器人120的操作的方法包括例如使用机器人120的网络接口硬件112来从用户116接收一个或多个机器人控制指令。机器人控制指令包括让机器人120执行至少一个机器人移动的指令。接下来，在步骤14，该方法包括，确定向机器人120提供一个或多个机器人控制指令的用户116是主要用户116'还是次要用户116"。例如，用户116可以通过将密码或其他识别验证输入到HRI 140中来验证他或她是主要用户116'。替代地，用户116可以通过向HRI 140的其它输入指示他或她是次要用户116"或机器人控制系统110可在未接收到关于用于116的身份的输入时确定用户116是次要用户116"。仍然参照图5，如果用户是主要用户116'，则在步骤16，机器人120执行由一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动。

替代地，如果用户116是次要用户116"，则在步骤18，该方法包括，例如，使用处理器102将一个或多个机器人控制指令与一个或多个机器人操作约束进行比较，并且在步骤20，确定该至少一个机器人控制指令是否与一个或多个机器人操作约束相冲突。如果机器人控制指令与一个或多个机器人操作约束相冲突，则机器人控制系统100约束(例如，防止)由一个或多个机器人控制指令指示的机器人120的操作，如由步骤22所指示。替代地，如果机器人控制指令不与一个或多个机器人操作约束相冲突，机器人120在步骤16执行由一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动。在一些实施例中，在步骤24，该方法还可以包括当用户116是次要用户116"时使用反馈设备118生成警报，并且由一个或多个机器人控制指令指示的至少一个机器人移动与一个或多个机器人操作约束相冲突。

现在参照图6，现在将具体参照图6的流程图30并且一般参照其他附图来描述建立用于机器人120的一个或多个机器人操作约束的方法。流程图30描绘了多个方法步骤，该方法步骤虽然以特定顺序次序描述，但不限于该次序。在步骤32，该方法包括例如通过将密码或其它识别验证输入到HRI 140中来验证用户116是主要用户116'。接下来，在步骤34，主要用户116'可以将机器人120置于训练模式。如下所描述，在训练模式下，主要用户116'可以基于从主用户116'接收的机器人控制指令来学习机器人操作约束。接下来，在步骤36，该方法包括例如使用机器人120的网络接口硬件112从用户116接收多个控制指令，使得机器人执行多个机器人移动，其中每个单独的机器人移动基于单独的控制指令。

仍然参照图6，在步骤38，该方法包括例如在一个或多个存储器模块106中存储关于多个机器人移动中的每一个的机器人移动模式信息。机器人移动模式信息可以包括关于机器人120在操作环境160内的行进路径的信息以及用于臂126和/或机械手122或机器人120的其他附件的移动模式。接下来，在步骤40，该方法包括使用处理器102基于关于多个机器人移动中的每一个的机器人移动模式信息来建立一个或多个机器人操作约束。

再次参照图3和图4，机器人操作约束可以包括一个或多个授权的机器人移动172、一个或多个受限的机器人移动173、一个或多个授权区域170以及一个或多个受限区域171。例如，一个或多个授权的机器人移动172可以包括在训练模式期间由机器人120执行的多个机器人移动中的每一个机器人移动，而一个或多个受限的机器人移动173可以包括与在训练模式期间由机器人120执行的多个机器人移动中的每一个不同的一个或多个机器人移动。此外，一个或多个授权区域170可以包括在训练模式期间机器人120位于的操作环境160内的位置，而一个或多个受限区域171可以包括机器人120在训练模式期间未进入和/或从未位于的操作环境160内的位置。

替代地，在一些实施例中，一个或多个受限的机器人移动173可以包括在训练模式期间由机器人120执行的多个机器人移动中的每一个机器人移动，而一个或多个授权的机器人移动172可以包括与在训练模式期间由机器人120执行的多个机器人移动中的每一个不同的一个或多个机器人移动。此外，一个或多个受限区域171可以包括机器人120在训练模式期间位于的操作环境160内的位置，而一个或多个授权区域170可以包括机器人120在训练模式期间未进入和/或从未位于的操作环境160内的位置。

应该理解的是，设想用于为机器人提供机器人操作约束的方法和系统。例如，主要用户可以设置一个或多个机器人操作约束，使得当次要用户操作机器人时，约束机器人不执行与一个或多个机器人操作约束相冲突的一个或多个机器人移动。因此，次要用户可以在某些限制下使用机器人为主要用户执行一个或多个任务(例如用于支付)，使得主要用户可以限制次要用户可以指示机器人执行的机器人移动，并且可以限制次要用户可以指示机器人进入的位置。像这样，机器人操作约束可以提高主要用户的家庭、营业场所或机器人所处的其他地方的安全性和隐私性，同时提供使用机器人结合次要用户在操作环境内执行一个或多个任务的益处。

尽管本文已经说明和描述了特定实施例，应当理解的是可以在不偏离所要求保护的主题的精神和范围的情况下进行各种其他改变和修改。此外，尽管本文已经描述了所要求保护的主题的各个方面，但是这些方面不需要组合使用。因此，所附权利要求旨在覆盖落入所要求保护的主题的范围内的所有这样的改变和修改。

Claims

1.一种约束机器人的操作的方法，所述方法包括：

使用机器人的网络接口硬件从用户接收一个或多个机器人控制指令，其中所述机器人控制指令指示所述机器人执行至少一个机器人移动；

确定向所述机器人提供所述一个或多个机器人控制指令的用户是主要用户还是次要用户；

将由所述一个或多个机器人控制指令指示的所述至少一个机器人移动与一个或多个机器人操作约束进行比较；

确定由所述一个或多个机器人控制指令指示的所述至少一个机器人移动是否与所述一个或多个机器人操作约束相冲突；以及

当用户是所述次要用户并且由所述一个或多个机器人控制指令指示的所述至少一个机器人移动与所述一个或多个机器人操作约束相冲突时，约束机器人的操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述一个或多个机器人操作约束包括一个或多个授权的机器人移动和一个或多个受限的机器人移动；以及

当所述至少一个机器人移动包括所述一个或多个受限的机器人移动中的至少一个受限的机器人移动时，由所述机器人控制指令指示的所述至少一个机器人移动与所述一个或多个机器人操作约束相冲突。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述机器人位于包括一个或多个授权区域和一个或多个受限区域的操作环境中；以及

所述一个或多个受限的机器人移动中的至少一个受限的机器人移动包括机器人进入所述一个或多个受限区域中的至少一个受限区域。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，还包括通过以下步骤建立所述一个或多个机器人操作约束：

验证用户为所述主要用户；

使用机器人的所述网络接口硬件从所述主要用户接收多个控制指令，使得机器人执行多个机器人移动，其中每个单独的机器人移动基于单独的控制指令；

存储关于所述多个机器人移动中的每一个机器人移动的机器人移动模式信息；以及

基于关于所述多个机器人移动中的每一个机器人移动的机器人移动模式信息来建立所述一个或多个机器人操作约束。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述一个或多个机器人操作约束包括：

一个或多个授权的机器人移动，所述一个或多个授权的机器人移动包括由机器人从所述主要用户接收的所述多个控制指令指示的所述多个机器人移动中的每一个机器人移动；和

一个或多个受限的机器人移动，所述一个或多个受限的机器人移动包括与由机器人从所述主要用户接收的所述多个控制指令指示的所述多个机器人移动中的每一个机器人移动不同的一个或多个机器人移动。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述一个或多个机器人操作约束包括：

一个或多个受限的机器人移动，所述一个或多个受限的机器人移动包括由机器人从所述主要用户接收的所述多个控制指令指示的所述多个机器人移动中的每一个机器人移动；以及

一个或多个授权的机器人移动，所述一个或多个授权的机器人移动包括与由机器人从所述主要用户接收的所述多个控制指令指示的所述多个机器人移动中的每一个机器人移动不同的一个或多个机器人移动。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，还包括：

在显示界面上显示机器人所处的操作环境的视觉表示；以及

当用户是次要用户时，增强操作环境的视觉表示以使所述操作环境的视觉表示的至少一部分失真。

8.一种机器人控制系统，包括：

机器人，所述机器人包括网络接口硬件；

人机接口装置，所述人机接口装置被通信地耦合到所述机器人；

一个或多个处理器；

一个或多个存储器模块，所述一个或多个存储器模块被通信地耦合到所述一个或多个处理器；和

机器可读指令，所述机器可读指令被存储在所述一个或多个存储器模块中，使得所述机器人控制系统在由所述一个或多个处理器执行时执行至少以下操作：

使用所述机器人的网络接口硬件从用户接收一个或多个机器人控制指令，其中所述机器人控制指令指示所述机器人执行至少一个机器人移动；

9.根据权利要求8所述的机器人控制系统，其中：

10.根据权利要求8或权利要求9所述的机器人控制系统，其中：

11.根据权利要求8或权利要求9所述的机器人控制系统，其中所述人机接口装置包括显示接口，所述显示接口被配置为显示机器人所处的操作环境的增强的视觉表示。

12.根据权利要求8或权利要求9所述的机器人控制系统，还包括被通信地耦合到所述机器人的外部机器人控制设备。

13.一种建立一个或多个机器人操作约束的方法，所述方法包括：

使用机器人的网络接口硬件从用户接收多个控制指令，使得所述机器人执行多个机器人移动，其中所述多个机器人移动中的每个单独机器人移动基于所述多个控制指令中的单个控制指令；

将关于所述多个机器人移动中的每一个机器人移动的机器人移动模式信息存储在一个或多个存储器模块中；以及

使用被通信地耦合到所述一个或多个存储器模块的处理器基于关于所述多个机器人移动中的每一个机器人移动的机器人移动模式信息来建立所述一个或多个机器人操作约束。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或多个机器人操作约束包括：

一个或多个授权的机器人移动，所述一个或多个授权的机器人移动包括与从所述用户接收的所述多个控制指令相关联的所述多个机器人移动中的每一个机器人移动；以及

一个或多个受限的机器人移动，所述一个或多个受限的机器人移动包括与从所述用户接收的所述多个控制指令相关联的所述多个机器人移动中的每一个机器人移动不同的一个或多个机器人移动。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中，所述一个或多个机器人操作约束包括操作环境的一个或多个授权区域以及所述操作环境的一个或多个受限区域。