一種高度方位自適應的服務機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高度方位自適應的服務機器人，包括機器人底盤，設置在機器人底盤上的機器人升降機身，以及設置在機器人升降機身頂部的機器人頭部；所述服務機器人還包含機器人運動單元、傳感單元、無線通信單元及分布式處理器單元；所述機器人運動單元與所述運動驅動處理器電連接，所述傳感單元與所述感知系統(tǒng)處理器電連接，所述無線通信單元與所述主控系統(tǒng)處理器電連接。本實用新型可實現(xiàn)機器人自適應的主動高度調整；改變原先需要交互者適應機器人，尋找機器人的低級交互方式；與服務器通信的接口，可將機器人交互處理業(yè)務動態(tài)的調整至服務器，可有效減小機器人處理器單元性能要求，豐富機器人業(yè)務功能特點。
【專利說明】
一種高度方位自適應的服務機器人
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種高度方位自適應的服務機器人。
【背景技術】
[0002]隨著時代的發(fā)展，科學技術的進步，服務機器人已經(jīng)開始進入人們的生活。多傳感器融合，智能化程度高，交互性強的服務機器人成為未來發(fā)展的趨勢。例如中國實用新型專利“CN204505 234 U”所述的可調節(jié)高度的視覺機器人，以及中國實用新型專利CN201510581167.6所述的利用麥克風陣列聲音定位的救援機器人。
[0003]目前在人們與機器人進行交互的過程中，存在這樣的問題:因各類交互者身高存在一定差異，若與高度固定的機器人進行互動交流時，就會存在高度不匹配問題，產(chǎn)生交流時不舒適感。從而大大降低機器人對交互者的適應性，縮小使用人群?，F(xiàn)有可調高度的機器人雖已存在，但多為被動控制，機器人不具備根據(jù)自身多傳感器信息自主進行高度調節(jié)的功能。
[0004]其次，在交流互動過程中，若交互者與機器人方位、位置存在差異時，目前主要接近方式為人主動向機器人靠近，才能進行近距離交互溝通，同時也不能與交互者，邊走邊聊。這樣的交互方式，顯現(xiàn)出目前機器人存在交互性差，智能化水平低等問題點。
[0005]另外，現(xiàn)有機器人與互動者的定位技術，僅通過聲音進行方位識別，如在人員較多吵雜的環(huán)境下，這樣的方法存在定位成功率低，抗干擾能力弱，適用范圍小等問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術的不足之處，本實用新型的目的在于提供一種多傳感器融合的可自適應交互者高度，識別交互者方位、位置，接近、跟隨交互者，方便于交互溝通的服務機器人。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下的技術方案實現(xiàn):
[0008]—種高度方位自適應的服務機器人，包括機器人底盤，設置在機器人底盤上的機器人升降機身，以及設置在機器人升降機身頂部的機器人頭部;所述服務機器人還包含機器人運動單元、傳感單元、無線通信單元及分布式處理器單元;所述分布式處理器單元包括主控系統(tǒng)處理器、感知系統(tǒng)處理器和運動驅動處理器，所述機器人運動單元與所述運動驅動處理器電連接，所述傳感單元與所述感知系統(tǒng)處理器電連接，所述無線通信單元與所述主控系統(tǒng)處理器電連接。
[0009]進一步地，所述機器人運動單元包含設置在機器人底盤的底部運動單元，設置在機器人升降機身內(nèi)的高度升降單元、設置在機器人頭部的頭部旋轉單元和頭部俯仰單元。
[0010]進一步地，所述高度升降單元，包括豎直升降功能和旋轉升降功能，機器人升降機身兩端分別與機器人底盤以及機器人頭部轉動連接，通過控制機器人升降機身與機器人頭部之間的角度實現(xiàn)頭部的俯仰。
[0011]進一步地，所述傳感單元包含設置在機器人底盤頂部的防碰撞傳感單元、設置在機器人升降機身上的豎型陣列式距離傳感單元和豎型陣列式聲音方位感知單元、設置在機器人頭部的頭部環(huán)形聲音方位感知單元和圖像采集單元;所述圖像采集單元包括頭部俯仰單元上的深度相機或普通相機，以及機器人頭頂部的全景相機。
[0012]進一步地，所述無線通信單元與服務器通信連接；和/或所述服務機器人還包括GPS定位模塊，可實時獲取關聯(lián)性移動設備的連續(xù)位置信息。
[0013]進一步地，包括自適應感知交互者方位的方法、自適應感知交互者位置的的方法、高度自適應方法;通過傳感單元、處理器單元、運動單元相結合，機器人在與人或環(huán)境交互時可自適應感知交互者的方位、位置、高度，并相應作出自適應調整。
[0014]本實用新型的有益效果:
[0015](I)本實用新型可實現(xiàn)機器人自適應的主動高度調整，有效擴大機器人的使用人群，提升交互舒適性;改變原先需要交互者適應機器人，尋找機器人的低級交互方式；
[0016](2)機器人對交互者方位、位置識別技術中，將交互環(huán)境中有限的資源均利用起來，采用環(huán)境圖像信息、深度信息、聲音信息處理相互融合處理的方式，相對于現(xiàn)有僅用其中一種方式的處理方法，擁有處理效率高、準確率高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點；
[0017](3)機器人擁有與服務器通信的接口，可將機器人交互處理業(yè)務動態(tài)的調整至服務器，可有效減小機器人處理器單元性能要求，豐富機器人業(yè)務功能特點；
[0018](4)目前將GPS裝在機器人內(nèi)部用主要機器人自主導航，本實用新型主要利用GPS通信模塊，將機器人位置與相關聯(lián)移動終端的位置有機關聯(lián)起來，讓機器人可自主的對兩者之間的距離信息，位置信息等進行分析，從而根據(jù)距離、運動趨勢等相關信息，執(zhí)行相應業(yè)務。
[0019]以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型高度方位自適應的服務機器人的結構示意圖；
[0021]圖2為本實用新型高度方位自適應的服務機器人顯示內(nèi)部結構的示意圖；
[0022]圖3為本實用新型高度方位自適應的服務機器人的電路結構框圖。
【具體實施方式】
[0023]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0024]參見圖1至圖3，本實施例的一種高度方位自適應的服務機器人，包含機器人運動單元、傳感單元、無線通信單元及分布式處理器單元。
[0025]運動單元包含:機器人高度升降單元、底部運動單元、頭部旋轉單元、頭部俯仰單
J L ο
[0026]傳感單元包含:機器人防碰撞傳感單元、高度升降單元部分的豎型陣列式距離傳感單元、高度升降單元部分的豎型聲音方位感知單元、頭部環(huán)形聲音方位感知單元、圖像采集單元。頭部俯仰機構上深度相機單元或普通相機，機器人頭頂部全景相機單元。
[0027]無線通信單元包含:WiF1、GPS(北斗)、藍牙及射頻等無線通信單元。
[0028]分布式處理器單元，主要為運動驅動處理器單元、主控系統(tǒng)處理器單元、感知系統(tǒng)處理器單元。
[0029]為詳細說明本實用新型的，本實施例的具體包括機器人底盤I，設置在機器人底盤I上的機器人升降機身2，以及設置在機器人升降機身2頂部的機器人頭部3;所述服務機器人還包含機器人運動單元、傳感單元、無線通信單元及分布式處理器單元;所述分布式處理器單元包括主控系統(tǒng)處理器、感知系統(tǒng)處理器和運動驅動處理器，所述機器人運動單元與所述運動驅動處理器電連接，所述傳感單元與所述感知系統(tǒng)處理器電連接，所述無線通信單元與所述主控系統(tǒng)處理器電連接。
[0030]所述機器人運動單元包含設置在機器人底盤的底部運動單元4，設置在機器人升降機身2內(nèi)的高度升降單元、設置在機器人頭部3的頭部旋轉單元和頭部俯仰單元。
[0031]底部運動單元4與運動驅動處理器相連接，接收運動驅動處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)，同時將運動過程中各類關鍵數(shù)據(jù)反饋給運動驅動處理器進行分析處理。底部運動單元4包含兩個或兩個以上的主動輪或履帶式運動機構，可采用自平衡式或者非自平衡式控制方式，實現(xiàn)多個方位的移動。例如采用基于麥克納姆輪技術的全方位運動控制方式，可以實現(xiàn)前行、橫移、斜行、旋轉及其組合等運動方式；另一種是兩個主動輪加至少一個萬向輪，通過兩個主動輪驅動機器人到達指定位置，主動輪由電機驅動，兩個電機均與運動驅動處理器單元連接。
[0032]高度升降單元，包括豎直升降功能，優(yōu)選絲桿傳動;還包括旋轉升降功能，機器人升降機身2兩端分別與機器人底盤I以及機器人頭部3轉動連接，通過控制機器人升降機身2與機器人頭部3之間的角度實現(xiàn)頭部的俯仰。
[0033]頭部旋轉單元和頭部俯仰單元與運動驅動處理器相連接，擁有旋轉、俯仰動力執(zhí)行機構。
[0034]所述傳感單元包含設置在機器人底盤I頂部的防碰撞傳感單元5以及防跌落傳感單元，設置在機器人升降機身2上的豎型陣列式距離傳感單元6和豎型陣列式聲音方位感知單元8，設置在機器人頭部3的頭部環(huán)形聲音方位感知單元9和圖像采集單元7。所述圖像采集單元包括頭部俯仰單元上的深度相機或普通相機，以及機器人頭頂部的全景相機。通過頭部一定角度的旋轉、俯仰運動，可有效增大圖像采集單元的工作范圍。
[0035]所述服務機器人具有自適應感知交互者的方位的能力，通過傳感單元、處理器單元、運動單元相結合，機器人在與人或環(huán)境交互時可自適應感知交互者的方位。具體實現(xiàn)方式如下:頭部環(huán)形聲音方位感知單元可為陣列式麥克傳感單元9，優(yōu)選環(huán)形陣列，4個麥克以上，安裝機器人頭部，水平放置，陣列式麥克傳感單元將采集所處交互環(huán)境的聲源信息，傳送至感知系統(tǒng)處理器，感知系統(tǒng)處理器通知圖像采集單元7，對該方位進行人形關聯(lián)信息分析、驗證，可高效準確的得知交互者的方位信息，具體實現(xiàn)方式如下:通過圖像采集單元與頭部旋轉單元、底盤運動單元相聯(lián)合，可實時采集大角度圖像數(shù)據(jù)，通過人形識別算法，利用背景差分方式，提取出擁有純凈背景的圖像數(shù)據(jù)，其次將采集的樣品圖像數(shù)據(jù)，與人體型、面部輪廓的標準模板進行匹配，結合抓取人體型與面部的特征點，進行算法分析，從而快速高效的識別出交互環(huán)境的人形或者人臉，通過空間位置夾角運算，分析出交互者與機器人的方位信息，識別出適宜交互者的方位信息。最后，感知系統(tǒng)處理器將該方位信息傳送至運動驅動處理器計算出交互者與機器人間的方位信息，運動驅動處理器得知方位信息后，將相應姿態(tài)調整信息發(fā)送至機器人運動單元，進行相應的動作調整。
[0036]方位感知方法也可以單獨通過陣列式麥克傳感單元采集的聲源信息或者單獨通過圖像采集單元7采集的圖像信息確定交互者的方位，本實施方式優(yōu)選兩種方法的結合。
[0037]所述服務機器人具有自適應感知交互者的位置的能力，機器人與人在合適空間內(nèi)，存在一定距離，需要位置感知;在方位動作執(zhí)行完成后，機器人通過傳感單元、處理器單元、運動單元相結合，在與機器人交互時，機器人可自適應感知交互者位置。具體的實現(xiàn)方法為:通過圖像采集處理方法，可采用普通相機加矩陣式距離傳感方法，或可采用深度相機采集圖像，優(yōu)選深度相機獲取到交互者與機器人深度距離信息與人形關鍵特征信息，同時可利用陣列式麥克傳感單元采集聲源信息，輔助判斷方位，由運動驅動處理器分析后，控制機器人運動單元做相應動作調整。
[0038]在機器人運動單元進行相應動作調整的同時，傳感單元結合分布式處理器單元，將對執(zhí)行的動作姿態(tài)信息進行實時調整，從而實現(xiàn)機器人可移動至與交互者合適位置、跟隨等。
[0039]所述服務機器人具有高度自適應的功能，即機器人與交互者進行交互時，可根據(jù)交互者自身高度，做出自適應的高度調整，調整方法可以是:
[0040]1、豎型陣列式距離傳感器感知的方法:機器人升降機身2上裝有豎型陣列式距離傳感單元6，通過分析每個點位傳感器采集數(shù)據(jù)的差異，來調整升降機身的高度；
[0041]2、豎型陣列式聲源定位方法:機器人升降機身2上裝有豎型陣列式聲音方位感知單元8，通過分析不同點位采集到的聲源信息差異，來調整升降機身高度；
[0042]3、圖像融合深度信息定位方法:頭部俯仰單元與機器人升降機身2的聯(lián)合驅動下，圖像采集單元可獲取到一個面式(普通相機)或者立方體式圖像(深度相機/普通相機融合距離傳感)單元信息，將該信息送至感知系統(tǒng)處理器單元處理分析，建立空間模型，通過分析坐標內(nèi)數(shù)據(jù)差異，人形特征等，調整升降結構至合適高度。
[0043]機器人高度自適應的方式不僅限于上述3種，環(huán)境較為復雜時，可上述三種方法融合，提高自適應的效率與準確性。優(yōu)選方案為圖像采集單元與豎型陣列式距離傳感器融合。
[0044]高度升降單元與傳感單元、處理器單元相連接，通過傳感單元，多個傳感器實時采集傳感數(shù)據(jù)，傳輸給處理器單元進行分析處理，處理器單元將分析出的控制信息發(fā)送至升降單元，進行實際調整。在高度調整的過程中，傳感器單元與處理器單元實時進行自適應數(shù)據(jù)分析，從而使高度調整到一個合理的位置。
[0045]所述無線通信單元包含WiF1、GPS、北斗衛(wèi)星、藍牙及射頻等無線通信方式。機器人通過無線通信單元連接到服務器，從而機器人將部分數(shù)據(jù)處理業(yè)務放置在服務器，方便算法優(yōu)化、提升，大數(shù)據(jù)采集分析，機器人業(yè)務更新、豐富功能、遠程控制等。
[0046]該機器人還擁有GPS定位模塊，可實時獲取機器人所處位置信息。若關聯(lián)性移動設備上存在獲取位置信息設備，結合網(wǎng)絡通信模塊，機器人可實時獲取該關聯(lián)性移動設備的連續(xù)位置信息，機器人則可計算出與該關聯(lián)性移動設備的距離信息、運動軌跡信息、運動趨勢信息等，從而機器人可實現(xiàn)相應業(yè)務處理，如詢問交互者位置，機器人自提醒交互者某種運動趨勢，如即將到家趨勢等。
[0047]以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本實用新型的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種高度方位自適應的服務機器人，其特征在于:包括機器人底盤，設置在機器人底盤上的機器人升降機身，以及設置在機器人升降機身頂部的機器人頭部;所述服務機器人還包含機器人運動單元、傳感單元、無線通信單元及分布式處理器單元;所述分布式處理器單元包括主控系統(tǒng)處理器、感知系統(tǒng)處理器和運動驅動處理器，所述機器人運動單元與所述運動驅動處理器電連接，所述傳感單元與所述感知系統(tǒng)處理器電連接，所述無線通信單元與所述主控系統(tǒng)處理器電連接。2.根據(jù)權利要求1所述的高度方位自適應的服務機器人，其特征在于:所述機器人運動單元包含設置在機器人底盤的底部運動單元，設置在機器人升降機身內(nèi)的高度升降單元、設置在機器人頭部的頭部旋轉單元和頭部俯仰單元。3.根據(jù)權利要求2所述的高度方位自適應的服務機器人，其特征在于:所述高度升降單元，包括豎直升降功能和旋轉升降功能，機器人升降機身兩端分別與機器人底盤以及機器人頭部轉動連接，通過控制機器人升降機身與機器人頭部之間的角度實現(xiàn)頭部的俯仰。4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的高度方位自適應的服務機器人，其特征在于:所述傳感單元包含設置在機器人底盤頂部的防碰撞傳感單元、設置在機器人升降機身上的豎型陣列式距離傳感單元和豎型陣列式聲音方位感知單元、設置在機器人頭部的頭部環(huán)形聲音方位感知單元和圖像采集單元。5.根據(jù)權利要求4所述的高度方位自適應的服務機器人，其特征在于:所述圖像采集單元包括頭部俯仰單元上的深度相機或普通相機，以及機器人頭頂部的全景相機。6.根據(jù)權利要求4所述的高度方位自適應的服務機器人，其特征在于:所述無線通信單元與服務器通信連接;和/或所述服務機器人還包括GPS定位模塊，可實時獲取關聯(lián)性移動設備的連續(xù)位置信息。
【文檔編號】B25J11/00GK205521430SQ201620093960
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月1日
【發(fā)明人】程勝, 徐東冬, 張建偉
【申請人】昆山市工業(yè)技術研究院有限責任公司