一種高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人，包括機(jī)器人底盤，設(shè)置在機(jī)器人底盤上的機(jī)器人升降機(jī)身，以及設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)身頂部的機(jī)器人頭部；所述服務(wù)機(jī)器人還包含機(jī)器人運(yùn)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(jī)器人運(yùn)動單元與所述運(yùn)動驅(qū)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(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自適應(yīng)的主動高度調(diào)整；改變原先需要交互者適應(yīng)機(jī)器人，尋找機(jī)器人的低級交互方式；與服務(wù)器通信的接口，可將機(jī)器人交互處理業(yè)務(wù)動態(tài)的調(diào)整至服務(wù)器，可有效減小機(jī)器人處理器單元性能要求，豐富機(jī)器人業(yè)務(wù)功能特點(diǎn)。
【專利說明】
一種高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著時代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)開始進(jìn)入人們的生活。多傳感器融合，智能化程度高，交互性強(qiáng)的服務(wù)機(jī)器人成為未來發(fā)展的趨勢。例如中國實(shí)用新型專利“CN204505 234 U”所述的可調(diào)節(jié)高度的視覺機(jī)器人，以及中國實(shí)用新型專利CN201510581167.6所述的利用麥克風(fēng)陣列聲音定位的救援機(jī)器人。
[0003]目前在人們與機(jī)器人進(jìn)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(jī)器人進(jìn)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(jī)器人對交互者的適應(yīng)性，縮小使用人群。現(xiàn)有可調(diào)高度的機(jī)器人雖已存在，但多為被動控制，機(jī)器人不具備根據(jù)自身多傳感器信息自主進(jìn)行高度調(diào)節(jié)的功能。
[0004]其次，在交流互動過程中，若交互者與機(jī)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(jī)器人靠近，才能進(jìn)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(jī)器人存在交互性差，智能化水平低等問題點(diǎn)。
[0005]另外，現(xiàn)有機(jī)器人與互動者的定位技術(shù)，僅通過聲音進(jìn)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(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種多傳感器融合的可自適應(yīng)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(wù)機(jī)器人。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人，包括機(jī)器人底盤，設(shè)置在機(jī)器人底盤上的機(jī)器人升降機(jī)身，以及設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)身頂部的機(jī)器人頭部;所述服務(wù)機(jī)器人還包含機(jī)器人運(yùn)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(yùn)動驅(qū)動處理器，所述機(jī)器人運(yùn)動單元與所述運(yùn)動驅(qū)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(jìn)一步地，所述機(jī)器人運(yùn)動單元包含設(shè)置在機(jī)器人底盤的底部運(yùn)動單元，設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)身內(nèi)的高度升降單元、設(shè)置在機(jī)器人頭部的頭部旋轉(zhuǎn)單元和頭部俯仰單元。
[0010]進(jìn)一步地，所述高度升降單元，包括豎直升降功能和旋轉(zhuǎn)升降功能，機(jī)器人升降機(jī)身兩端分別與機(jī)器人底盤以及機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動連接，通過控制機(jī)器人升降機(jī)身與機(jī)器人頭部之間的角度實(shí)現(xiàn)頭部的俯仰。
[0011]進(jìn)一步地，所述傳感單元包含設(shè)置在機(jī)器人底盤頂部的防碰撞傳感單元、設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)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(shè)置在機(jī)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(jī)或普通相機(jī)，以及機(jī)器人頭頂部的全景相機(jī)。
[0012]進(jìn)一步地，所述無線通信單元與服務(wù)器通信連接；和/或所述服務(wù)機(jī)器人還包括GPS定位模塊，可實(shí)時獲取關(guān)聯(lián)性移動設(shè)備的連續(xù)位置信息。
[0013]進(jìn)一步地，包括自適應(yīng)感知交互者方位的方法、自適應(yīng)感知交互者位置的的方法、高度自適應(yīng)方法;通過傳感單元、處理器單元、運(yùn)動單元相結(jié)合，機(jī)器人在與人或環(huán)境交互時可自適應(yīng)感知交互者的方位、位置、高度，并相應(yīng)作出自適應(yīng)調(diào)整。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015](I)本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自適應(yīng)的主動高度調(diào)整，有效擴(kuò)大機(jī)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(yīng)機(jī)器人，尋找機(jī)器人的低級交互方式；
[0016](2)機(jī)器人對交互者方位、位置識別技術(shù)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(zhǔn)確率高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；
[0017](3)機(jī)器人擁有與服務(wù)器通信的接口，可將機(jī)器人交互處理業(yè)務(wù)動態(tài)的調(diào)整至服務(wù)器，可有效減小機(jī)器人處理器單元性能要求，豐富機(jī)器人業(yè)務(wù)功能特點(diǎn)；
[0018](4)目前將GPS裝在機(jī)器人內(nèi)部用主要機(jī)器人自主導(dǎo)航，本實(shí)用新型主要利用GPS通信模塊，將機(jī)器人位置與相關(guān)聯(lián)移動終端的位置有機(jī)關(guān)聯(lián)起來，讓機(jī)器人可自主的對兩者之間的距離信息，位置信息等進(jìn)行分析，從而根據(jù)距離、運(yùn)動趨勢等相關(guān)信息，執(zhí)行相應(yīng)業(yè)務(wù)。
[0019]以下將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人的電路結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制。
[0024]參見圖1至圖3，本實(shí)施例的一種高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人，包含機(jī)器人運(yùn)動單元、傳感單元、無線通信單元及分布式處理器單元。
[0025]運(yùn)動單元包含:機(jī)器人高度升降單元、底部運(yùn)動單元、頭部旋轉(zhuǎn)單元、頭部俯仰單
J L ο
[0026]傳感單元包含:機(jī)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(jī)構(gòu)上深度相機(jī)單元或普通相機(jī)，機(jī)器人頭頂部全景相機(jī)單元。
[0027]無線通信單元包含:WiF1、GPS(北斗)、藍(lán)牙及射頻等無線通信單元。
[0028]分布式處理器單元，主要為運(yùn)動驅(qū)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(xì)說明本實(shí)用新型的，本實(shí)施例的具體包括機(jī)器人底盤I，設(shè)置在機(jī)器人底盤I上的機(jī)器人升降機(jī)身2，以及設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)身2頂部的機(jī)器人頭部3;所述服務(wù)機(jī)器人還包含機(jī)器人運(yùn)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(yùn)動驅(qū)動處理器，所述機(jī)器人運(yùn)動單元與所述運(yùn)動驅(qū)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(jī)器人運(yùn)動單元包含設(shè)置在機(jī)器人底盤的底部運(yùn)動單元4，設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)身2內(nèi)的高度升降單元、設(shè)置在機(jī)器人頭部3的頭部旋轉(zhuǎn)單元和頭部俯仰單元。
[0031]底部運(yùn)動單元4與運(yùn)動驅(qū)動處理器相連接，接收運(yùn)動驅(qū)動處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)，同時將運(yùn)動過程中各類關(guān)鍵數(shù)據(jù)反饋給運(yùn)動驅(qū)動處理器進(jìn)行分析處理。底部運(yùn)動單元4包含兩個或兩個以上的主動輪或履帶式運(yùn)動機(jī)構(gòu)，可采用自平衡式或者非自平衡式控制方式，實(shí)現(xiàn)多個方位的移動。例如采用基于麥克納姆輪技術(shù)的全方位運(yùn)動控制方式，可以實(shí)現(xiàn)前行、橫移、斜行、旋轉(zhuǎn)及其組合等運(yùn)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(qū)動機(jī)器人到達(dá)指定位置，主動輪由電機(jī)驅(qū)動，兩個電機(jī)均與運(yùn)動驅(qū)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(zhuǎn)升降功能，機(jī)器人升降機(jī)身2兩端分別與機(jī)器人底盤I以及機(jī)器人頭部3轉(zhuǎn)動連接，通過控制機(jī)器人升降機(jī)身2與機(jī)器人頭部3之間的角度實(shí)現(xiàn)頭部的俯仰。
[0033]頭部旋轉(zhuǎn)單元和頭部俯仰單元與運(yùn)動驅(qū)動處理器相連接，擁有旋轉(zhuǎn)、俯仰動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0034]所述傳感單元包含設(shè)置在機(jī)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(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)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(shè)置在機(jī)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(jī)或普通相機(jī)，以及機(jī)器人頭頂部的全景相機(jī)。通過頭部一定角度的旋轉(zhuǎn)、俯仰運(yùn)動，可有效增大圖像采集單元的工作范圍。
[0035]所述服務(wù)機(jī)器人具有自適應(yīng)感知交互者的方位的能力，通過傳感單元、處理器單元、運(yùn)動單元相結(jié)合，機(jī)器人在與人或環(huán)境交互時可自適應(yīng)感知交互者的方位。具體實(shí)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(jī)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(jìn)行人形關(guān)聯(lián)信息分析、驗(yàn)證，可高效準(zhǔn)確的得知交互者的方位信息，具體實(shí)現(xiàn)方式如下:通過圖像采集單元與頭部旋轉(zhuǎn)單元、底盤運(yùn)動單元相聯(lián)合，可實(shí)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(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行匹配，結(jié)合抓取人體型與面部的特征點(diǎn)，進(jìn)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(yùn)算，分析出交互者與機(jī)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(yùn)動驅(qū)動處理器計(jì)算出交互者與機(jī)器人間的方位信息，運(yùn)動驅(qū)動處理器得知方位信息后，將相應(yīng)姿態(tài)調(diào)整信息發(fā)送至機(jī)器人運(yùn)動單元，進(jìn)行相應(yīng)的動作調(diào)整。
[0036]方位感知方法也可以單獨(dú)通過陣列式麥克傳感單元采集的聲源信息或者單獨(dú)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(shí)施方式優(yōu)選兩種方法的結(jié)合。
[0037]所述服務(wù)機(jī)器人具有自適應(yīng)感知交互者的位置的能力，機(jī)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(jī)器人通過傳感單元、處理器單元、運(yùn)動單元相結(jié)合，在與機(jī)器人交互時，機(jī)器人可自適應(yīng)感知交互者位置。具體的實(shí)現(xiàn)方法為:通過圖像采集處理方法，可采用普通相機(jī)加矩陣式距離傳感方法，或可采用深度相機(jī)采集圖像，優(yōu)選深度相機(jī)獲取到交互者與機(jī)器人深度距離信息與人形關(guān)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(yùn)動驅(qū)動處理器分析后，控制機(jī)器人運(yùn)動單元做相應(yīng)動作調(diào)整。
[0038]在機(jī)器人運(yùn)動單元進(jìn)行相應(yīng)動作調(diào)整的同時，傳感單元結(jié)合分布式處理器單元，將對執(zhí)行的動作姿態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人可移動至與交互者合適位置、跟隨等。
[0039]所述服務(wù)機(jī)器人具有高度自適應(yīng)的功能，即機(jī)器人與交互者進(jìn)行交互時，可根據(jù)交互者自身高度，做出自適應(yīng)的高度調(diào)整，調(diào)整方法可以是:
[0040]1、豎型陣列式距離傳感器感知的方法:機(jī)器人升降機(jī)身2上裝有豎型陣列式距離傳感單元6，通過分析每個點(diǎn)位傳感器采集數(shù)據(jù)的差異，來調(diào)整升降機(jī)身的高度；
[0041]2、豎型陣列式聲源定位方法:機(jī)器人升降機(jī)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(diǎn)位采集到的聲源信息差異，來調(diào)整升降機(jī)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(jī)器人升降機(jī)身2的聯(lián)合驅(qū)動下，圖像采集單元可獲取到一個面式(普通相機(jī))或者立方體式圖像(深度相機(jī)/普通相機(jī)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(biāo)內(nèi)數(shù)據(jù)差異，人形特征等，調(diào)整升降結(jié)構(gòu)至合適高度。
[0043]機(jī)器人高度自適應(yīng)的方式不僅限于上述3種，環(huán)境較為復(fù)雜時，可上述三種方法融合，提高自適應(yīng)的效率與準(zhǔn)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(shí)時采集傳感數(shù)據(jù)，傳輸給處理器單元進(jìn)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(jìn)行實(shí)際調(diào)整。在高度調(diào)整的過程中，傳感器單元與處理器單元實(shí)時進(jìn)行自適應(yīng)數(shù)據(jù)分析，從而使高度調(diào)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(lán)牙及射頻等無線通信方式。機(jī)器人通過無線通信單元連接到服務(wù)器，從而機(jī)器人將部分?jǐn)?shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)放置在服務(wù)器，方便算法優(yōu)化、提升，大數(shù)據(jù)采集分析，機(jī)器人業(yè)務(wù)更新、豐富功能、遠(yuǎn)程控制等。
[0046]該機(jī)器人還擁有GPS定位模塊，可實(shí)時獲取機(jī)器人所處位置信息。若關(guān)聯(lián)性移動設(shè)備上存在獲取位置信息設(shè)備，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信模塊，機(jī)器人可實(shí)時獲取該關(guān)聯(lián)性移動設(shè)備的連續(xù)位置信息，機(jī)器人則可計(jì)算出與該關(guān)聯(lián)性移動設(shè)備的距離信息、運(yùn)動軌跡信息、運(yùn)動趨勢信息等，從而機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)業(yè)務(wù)處理，如詢問交互者位置，機(jī)器人自提醒交互者某種運(yùn)動趨勢，如即將到家趨勢等。
[0047]以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人，其特征在于:包括機(jī)器人底盤，設(shè)置在機(jī)器人底盤上的機(jī)器人升降機(jī)身，以及設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)身頂部的機(jī)器人頭部;所述服務(wù)機(jī)器人還包含機(jī)器人運(yùn)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(yùn)動驅(qū)動處理器，所述機(jī)器人運(yùn)動單元與所述運(yùn)動驅(qū)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(quán)利要求1所述的高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人，其特征在于:所述機(jī)器人運(yùn)動單元包含設(shè)置在機(jī)器人底盤的底部運(yùn)動單元，設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)身內(nèi)的高度升降單元、設(shè)置在機(jī)器人頭部的頭部旋轉(zhuǎn)單元和頭部俯仰單元。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)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(zhuǎn)升降功能，機(jī)器人升降機(jī)身兩端分別與機(jī)器人底盤以及機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動連接，通過控制機(jī)器人升降機(jī)身與機(jī)器人頭部之間的角度實(shí)現(xiàn)頭部的俯仰。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人，其特征在于:所述傳感單元包含設(shè)置在機(jī)器人底盤頂部的防碰撞傳感單元、設(shè)置在機(jī)器人升降機(jī)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(shè)置在機(jī)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(quán)利要求4所述的高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)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(jī)或普通相機(jī)，以及機(jī)器人頭頂部的全景相機(jī)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高度方位自適應(yīng)的服務(wù)機(jī)器人，其特征在于:所述無線通信單元與服務(wù)器通信連接;和/或所述服務(wù)機(jī)器人還包括GPS定位模塊，可實(shí)時獲取關(guān)聯(lián)性移動設(shè)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(shù)研究院有限責(zé)任公司