一种高度方位自适应的服务机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高度方位自适应的服务机器人，包括机器人底盘，设置在机器人底盘上的机器人升降机身，以及设置在机器人升降机身顶部的机器人头部；所述服务机器人还包含机器人运动单元、传感单元、无线通信单元及分布式处理器单元；所述机器人运动单元与所述运动驱动处理器电连接，所述传感单元与所述感知系统处理器电连接，所述无线通信单元与所述主控系统处理器电连接。本实用新型可实现机器人自适应的主动高度调整；改变原先需要交互者适应机器人，寻找机器人的低级交互方式；与服务器通信的接口，可将机器人交互处理业务动态的调整至服务器，可有效减小机器人处理器单元性能要求，丰富机器人业务功能特点。
【专利说明】
一种高度方位自适应的服务机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种高度方位自适应的服务机器人。
【背景技术】
[0002]随着时代的发展，科学技术的进步，服务机器人已经开始进入人们的生活。多传感器融合，智能化程度高，交互性强的服务机器人成为未来发展的趋势。例如中国实用新型专利“CN204505 234 U”所述的可调节高度的视觉机器人，以及中国实用新型专利CN201510581167.6所述的利用麦克风阵列声音定位的救援机器人。
[0003]目前在人们与机器人进行交互的过程中，存在这样的问题:因各类交互者身高存在一定差异，若与高度固定的机器人进行互动交流时，就会存在高度不匹配问题，产生交流时不舒适感。从而大大降低机器人对交互者的适应性，缩小使用人群。现有可调高度的机器人虽已存在，但多为被动控制，机器人不具备根据自身多传感器信息自主进行高度调节的功能。
[0004]其次，在交流互动过程中，若交互者与机器人方位、位置存在差异时，目前主要接近方式为人主动向机器人靠近，才能进行近距离交互沟通，同时也不能与交互者，边走边聊。这样的交互方式，显现出目前机器人存在交互性差，智能化水平低等问题点。
[0005]另外，现有机器人与互动者的定位技术，仅通过声音进行方位识别，如在人员较多吵杂的环境下，这样的方法存在定位成功率低，抗干扰能力弱，适用范围小等问题。
【实用新型内容】
[0006]鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种多传感器融合的可自适应交互者高度，识别交互者方位、位置，接近、跟随交互者，方便于交互沟通的服务机器人。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采取以下的技术方案实现:
[0008]—种高度方位自适应的服务机器人，包括机器人底盘，设置在机器人底盘上的机器人升降机身，以及设置在机器人升降机身顶部的机器人头部;所述服务机器人还包含机器人运动单元、传感单元、无线通信单元及分布式处理器单元;所述分布式处理器单元包括主控系统处理器、感知系统处理器和运动驱动处理器，所述机器人运动单元与所述运动驱动处理器电连接，所述传感单元与所述感知系统处理器电连接，所述无线通信单元与所述主控系统处理器电连接。
[0009]进一步地，所述机器人运动单元包含设置在机器人底盘的底部运动单元，设置在机器人升降机身内的高度升降单元、设置在机器人头部的头部旋转单元和头部俯仰单元。
[0010]进一步地，所述高度升降单元，包括竖直升降功能和旋转升降功能，机器人升降机身两端分别与机器人底盘以及机器人头部转动连接，通过控制机器人升降机身与机器人头部之间的角度实现头部的俯仰。
[0011]进一步地，所述传感单元包含设置在机器人底盘顶部的防碰撞传感单元、设置在机器人升降机身上的竖型阵列式距离传感单元和竖型阵列式声音方位感知单元、设置在机器人头部的头部环形声音方位感知单元和图像采集单元;所述图像采集单元包括头部俯仰单元上的深度相机或普通相机，以及机器人头顶部的全景相机。
[0012]进一步地，所述无线通信单元与服务器通信连接；和/或所述服务机器人还包括GPS定位模块，可实时获取关联性移动设备的连续位置信息。
[0013]进一步地，包括自适应感知交互者方位的方法、自适应感知交互者位置的的方法、高度自适应方法;通过传感单元、处理器单元、运动单元相结合，机器人在与人或环境交互时可自适应感知交互者的方位、位置、高度，并相应作出自适应调整。
[0014]本实用新型的有益效果:
[0015](I)本实用新型可实现机器人自适应的主动高度调整，有效扩大机器人的使用人群，提升交互舒适性;改变原先需要交互者适应机器人，寻找机器人的低级交互方式；
[0016](2)机器人对交互者方位、位置识别技术中，将交互环境中有限的资源均利用起来，采用环境图像信息、深度信息、声音信息处理相互融合处理的方式，相对于现有仅用其中一种方式的处理方法，拥有处理效率高、准确率高、稳定性强等优点；
[0017](3)机器人拥有与服务器通信的接口，可将机器人交互处理业务动态的调整至服务器，可有效减小机器人处理器单元性能要求，丰富机器人业务功能特点；
[0018](4)目前将GPS装在机器人内部用主要机器人自主导航，本实用新型主要利用GPS通信模块，将机器人位置与相关联移动终端的位置有机关联起来，让机器人可自主的对两者之间的距离信息，位置信息等进行分析，从而根据距离、运动趋势等相关信息，执行相应业务。
[0019]以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型高度方位自适应的服务机器人的结构示意图；
[0021]图2为本实用新型高度方位自适应的服务机器人显示内部结构的示意图；
[0022]图3为本实用新型高度方位自适应的服务机器人的电路结构框图。
【具体实施方式】
[0023]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0024]参见图1至图3，本实施例的一种高度方位自适应的服务机器人，包含机器人运动单元、传感单元、无线通信单元及分布式处理器单元。
[0025]运动单元包含:机器人高度升降单元、底部运动单元、头部旋转单元、头部俯仰单
J L ο
[0026]传感单元包含:机器人防碰撞传感单元、高度升降单元部分的竖型阵列式距离传感单元、高度升降单元部分的竖型声音方位感知单元、头部环形声音方位感知单元、图像采集单元。头部俯仰机构上深度相机单元或普通相机，机器人头顶部全景相机单元。
[0027]无线通信单元包含:WiF1、GPS(北斗)、蓝牙及射频等无线通信单元。
[0028]分布式处理器单元，主要为运动驱动处理器单元、主控系统处理器单元、感知系统处理器单元。
[0029]为详细说明本实用新型的，本实施例的具体包括机器人底盘I，设置在机器人底盘I上的机器人升降机身2，以及设置在机器人升降机身2顶部的机器人头部3;所述服务机器人还包含机器人运动单元、传感单元、无线通信单元及分布式处理器单元;所述分布式处理器单元包括主控系统处理器、感知系统处理器和运动驱动处理器，所述机器人运动单元与所述运动驱动处理器电连接，所述传感单元与所述感知系统处理器电连接，所述无线通信单元与所述主控系统处理器电连接。
[0030]所述机器人运动单元包含设置在机器人底盘的底部运动单元4，设置在机器人升降机身2内的高度升降单元、设置在机器人头部3的头部旋转单元和头部俯仰单元。
[0031]底部运动单元4与运动驱动处理器相连接，接收运动驱动处理器发送的数据，同时将运动过程中各类关键数据反馈给运动驱动处理器进行分析处理。底部运动单元4包含两个或两个以上的主动轮或履带式运动机构，可采用自平衡式或者非自平衡式控制方式，实现多个方位的移动。例如采用基于麦克纳姆轮技术的全方位运动控制方式，可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式；另一种是两个主动轮加至少一个万向轮，通过两个主动轮驱动机器人到达指定位置，主动轮由电机驱动，两个电机均与运动驱动处理器单元连接。
[0032]高度升降单元，包括竖直升降功能，优选丝杆传动;还包括旋转升降功能，机器人升降机身2两端分别与机器人底盘I以及机器人头部3转动连接，通过控制机器人升降机身2与机器人头部3之间的角度实现头部的俯仰。
[0033]头部旋转单元和头部俯仰单元与运动驱动处理器相连接，拥有旋转、俯仰动力执行机构。
[0034]所述传感单元包含设置在机器人底盘I顶部的防碰撞传感单元5以及防跌落传感单元，设置在机器人升降机身2上的竖型阵列式距离传感单元6和竖型阵列式声音方位感知单元8，设置在机器人头部3的头部环形声音方位感知单元9和图像采集单元7。所述图像采集单元包括头部俯仰单元上的深度相机或普通相机，以及机器人头顶部的全景相机。通过头部一定角度的旋转、俯仰运动，可有效增大图像采集单元的工作范围。
[0035]所述服务机器人具有自适应感知交互者的方位的能力，通过传感单元、处理器单元、运动单元相结合，机器人在与人或环境交互时可自适应感知交互者的方位。具体实现方式如下:头部环形声音方位感知单元可为阵列式麦克传感单元9，优选环形阵列，4个麦克以上，安装机器人头部，水平放置，阵列式麦克传感单元将采集所处交互环境的声源信息，传送至感知系统处理器，感知系统处理器通知图像采集单元7，对该方位进行人形关联信息分析、验证，可高效准确的得知交互者的方位信息，具体实现方式如下:通过图像采集单元与头部旋转单元、底盘运动单元相联合，可实时采集大角度图像数据，通过人形识别算法，利用背景差分方式，提取出拥有纯净背景的图像数据，其次将采集的样品图像数据，与人体型、面部轮廓的标准模板进行匹配，结合抓取人体型与面部的特征点，进行算法分析，从而快速高效的识别出交互环境的人形或者人脸，通过空间位置夹角运算，分析出交互者与机器人的方位信息，识别出适宜交互者的方位信息。最后，感知系统处理器将该方位信息传送至运动驱动处理器计算出交互者与机器人间的方位信息，运动驱动处理器得知方位信息后，将相应姿态调整信息发送至机器人运动单元，进行相应的动作调整。
[0036]方位感知方法也可以单独通过阵列式麦克传感单元采集的声源信息或者单独通过图像采集单元7采集的图像信息确定交互者的方位，本实施方式优选两种方法的结合。
[0037]所述服务机器人具有自适应感知交互者的位置的能力，机器人与人在合适空间内，存在一定距离，需要位置感知;在方位动作执行完成后，机器人通过传感单元、处理器单元、运动单元相结合，在与机器人交互时，机器人可自适应感知交互者位置。具体的实现方法为:通过图像采集处理方法，可采用普通相机加矩阵式距离传感方法，或可采用深度相机采集图像，优选深度相机获取到交互者与机器人深度距离信息与人形关键特征信息，同时可利用阵列式麦克传感单元采集声源信息，辅助判断方位，由运动驱动处理器分析后，控制机器人运动单元做相应动作调整。
[0038]在机器人运动单元进行相应动作调整的同时，传感单元结合分布式处理器单元，将对执行的动作姿态信息进行实时调整，从而实现机器人可移动至与交互者合适位置、跟随等。
[0039]所述服务机器人具有高度自适应的功能，即机器人与交互者进行交互时，可根据交互者自身高度，做出自适应的高度调整，调整方法可以是:
[0040]1、竖型阵列式距离传感器感知的方法:机器人升降机身2上装有竖型阵列式距离传感单元6，通过分析每个点位传感器采集数据的差异，来调整升降机身的高度；
[0041]2、竖型阵列式声源定位方法:机器人升降机身2上装有竖型阵列式声音方位感知单元8，通过分析不同点位采集到的声源信息差异，来调整升降机身高度；
[0042]3、图像融合深度信息定位方法:头部俯仰单元与机器人升降机身2的联合驱动下，图像采集单元可获取到一个面式(普通相机)或者立方体式图像(深度相机/普通相机融合距离传感)单元信息，将该信息送至感知系统处理器单元处理分析，建立空间模型，通过分析坐标内数据差异，人形特征等，调整升降结构至合适高度。
[0043]机器人高度自适应的方式不仅限于上述3种，环境较为复杂时，可上述三种方法融合，提高自适应的效率与准确性。优选方案为图像采集单元与竖型阵列式距离传感器融合。
[0044]高度升降单元与传感单元、处理器单元相连接，通过传感单元，多个传感器实时采集传感数据，传输给处理器单元进行分析处理，处理器单元将分析出的控制信息发送至升降单元，进行实际调整。在高度调整的过程中，传感器单元与处理器单元实时进行自适应数据分析，从而使高度调整到一个合理的位置。
[0045]所述无线通信单元包含WiF1、GPS、北斗卫星、蓝牙及射频等无线通信方式。机器人通过无线通信单元连接到服务器，从而机器人将部分数据处理业务放置在服务器，方便算法优化、提升，大数据采集分析，机器人业务更新、丰富功能、远程控制等。
[0046]该机器人还拥有GPS定位模块，可实时获取机器人所处位置信息。若关联性移动设备上存在获取位置信息设备，结合网络通信模块，机器人可实时获取该关联性移动设备的连续位置信息，机器人则可计算出与该关联性移动设备的距离信息、运动轨迹信息、运动趋势信息等，从而机器人可实现相应业务处理，如询问交互者位置，机器人自提醒交互者某种运动趋势，如即将到家趋势等。
[0047]以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种高度方位自适应的服务机器人，其特征在于:包括机器人底盘，设置在机器人底盘上的机器人升降机身，以及设置在机器人升降机身顶部的机器人头部;所述服务机器人还包含机器人运动单元、传感单元、无线通信单元及分布式处理器单元;所述分布式处理器单元包括主控系统处理器、感知系统处理器和运动驱动处理器，所述机器人运动单元与所述运动驱动处理器电连接，所述传感单元与所述感知系统处理器电连接，所述无线通信单元与所述主控系统处理器电连接。2.根据权利要求1所述的高度方位自适应的服务机器人，其特征在于:所述机器人运动单元包含设置在机器人底盘的底部运动单元，设置在机器人升降机身内的高度升降单元、设置在机器人头部的头部旋转单元和头部俯仰单元。3.根据权利要求2所述的高度方位自适应的服务机器人，其特征在于:所述高度升降单元，包括竖直升降功能和旋转升降功能，机器人升降机身两端分别与机器人底盘以及机器人头部转动连接，通过控制机器人升降机身与机器人头部之间的角度实现头部的俯仰。4.根据权利要求1至3任一项所述的高度方位自适应的服务机器人，其特征在于:所述传感单元包含设置在机器人底盘顶部的防碰撞传感单元、设置在机器人升降机身上的竖型阵列式距离传感单元和竖型阵列式声音方位感知单元、设置在机器人头部的头部环形声音方位感知单元和图像采集单元。5.根据权利要求4所述的高度方位自适应的服务机器人，其特征在于:所述图像采集单元包括头部俯仰单元上的深度相机或普通相机，以及机器人头顶部的全景相机。6.根据权利要求4所述的高度方位自适应的服务机器人，其特征在于:所述无线通信单元与服务器通信连接;和/或所述服务机器人还包括GPS定位模块，可实时获取关联性移动设备的连续位置信息。
【文档编号】B25J11/00GK205521430SQ201620093960
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月1日
【发明人】程胜, 徐东冬, 张建伟
【申请人】昆山市工业技术研究院有限责任公司