智能机器人跟随方法、跟随系统及用于跟随的发射装置与流程

本发明属于智能机器人领域，尤其涉及一种智能机器人跟随方法、跟随系统及用于跟随的发射装置。

背景技术：

智能机器人被越来越多的应用于陪伴与交互中。在智能机器人与用户进行交互时，用户往往不能一直保持在一个地点不运动，这种情况下对交互提出了更高的要求。

一方面，假设用户在与智能机器人进行语音交互的过程中远离智能机器人，如果智能机器人不能跟随用户的运动，用户可能就无法收到机器人的多模态反馈，或者机器人无法正确接收用户的多模态输入信息而做出相应的反馈。另一方面，如果在交互过程中智能机器人距离用户过近，也容易造成体验不佳。因此如何保持智能机器人与用户交互过程中的适当距离成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种用于保持智能机器人在与用户的交互过程中的距离的方法。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种智能机器人跟随方法，包括：利用安装在智能机器人上的接收装置获取超声波测距信号；根据三角定位法利用所述超声波测距信号确定智能机器人与被跟随目标之间的实时距离；根据所述实时距离生成并输出使智能机器人对目标进行跟随的多模态数据。

优选地，所述根据所述实时距离生成并输出使智能机器人对目标进行跟随的多模态数据，包括不断比较所述智能机器人与被跟随目标之间的实时距离与预设的距离阈值，当所述实时距离大于所述距离阈值时，驱动智能机器人运动以靠近被跟随目标；当所述实时距离小于等于所述距离阈值时，停止驱动智能机器人运动。

优选地，所述利用安装在智能机器人上的接收装置获取超声波测距信号，包括：利用安装在智能机器人上的接收装置接收红外同步信号；以所述红外同步信号作为计时起始点测量接收到超声波信号的时间；根据超声波的传播速度与所述接收到超声波信号的时间计算发射所述超声波信号的发射装置与安装在智能机器人上的接收装置之间的距离。

优选地，发射所述超声波信号的发射装置与安装在智能机器人上的接收装置之间的距离包括发射装置与接收装置内第一接收点之间的第一距离和发射装置与接收装置内第二接收点之间的第二距离。

优选地，根据如下式所示的三角定位法确定智能机器人与被跟随目标之间的实时距离：

其中，T表示智能机器人与被跟随目标之间的实时距离，A为发射装置与接收装置内第一接收点之间的第一距离，B为发射装置与接收装置内第二接收点之间的第二距离，K为第一接收点与第二接收点之间的间距。

本申请的实施例还提供了一种智能机器人跟随系统，包括：测距模块，其利用安装在智能机器人上的接收装置获取超声波测距信号；定位模块，其根据三角定位法利用所述超声波测距信号确定智能机器人与被跟随目标之间的实时距离；跟随模块，其根据所述实时距离生成并输出使智能机器人对目标进行跟随的多模态数据。

优选地，所述跟随模块不断比较所述智能机器人与被跟随目标之间的实时距离与预设的距离阈值，当所述实时距离大于所述距离阈值时，驱动智能机器人运动以靠近被跟随目标；当所述实时距离小于等于所述距离阈值时，停止驱动智能机器人运动。

优选地，所述测距模块根据以下步骤获取超声波测距信号：利用安装在智能机器人上的接收装置接收红外同步信号；以所述红外同步信号作为计时起始点测量接收到超声波信号的时间；根据超声波的传播速度与所述接收到超声波信号的时间计算发射所述超声波信号的发射装置与安装在智能机器人上的接收装置之间的距离。

另一方面，提供了一种用于智能机器人跟随方法的发射装置，安装于被跟随的目标上，包括：超声波发射单元，以设定的频率向智能机器人发射超声波信号；红外发送单元，与所述超声波发射单元发射超声波信号同时生成并发射红外同步信号。

优选地，所述红外同步信号的频率大于其中A为发射装置与接收装置内第一接收点之间的第一距离，B为发射装置与接收装置内第二接收点之间的第二距离。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

通过采用超声波测距和三角定位法相结合的方式获取被跟随的目标与智能机器人之间的实时距离，并通过对实时距离进行判断来确定智能机器人是否需要进行位置调整，使得智能机器人在与用户的交互过程中可以保持适当的距离，提高交互体验。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为根据本发明第一实施例的智能机器人跟随方法的流程示意图；

图2为根据本发明第一实施例的三角定位法的原理示意图；

图3为根据本发明第二实施例的智能机器人跟随方法的流程示意图；

图4为根据本发明第四实施例的智能机器人跟随系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

第一实施例：

为了使智能机器人在与用户的交互过程中维持适当的距离，本发明的实施例中首先提出一种智能机器人跟随方法，其流程示意图如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S110、利用安装在智能机器人上的接收装置获取超声波测距信号。

步骤S120、根据三角定位法利用超声波测距信号确定智能机器人与被跟随目标之间的实时距离。

步骤S130、根据实时距离生成并输出使智能机器人对目标进行跟随的多模态数据。

具体的，在本发明实施例中的智能机器人上安装有超声波接收装置，在步骤S110中，利用超声波接收装置来接收超声波测距信号。

超声波具有指向性强、能量消耗缓慢的特点。超声波在介质中传播时，能够传播较远的距离，基于上述特性，超声波被经常应用于距离测量中。利用超声波测速往往比较迅速、方便，且容易实现实时测量。

超声波在空气中的传播速度为340m/s，这一速度已经完全能够满足智能机器人在与用户进行交互的过程中测距的需要。

进一步地，本发明实施例中智能机器人上所安装的超声波接收装置如图2所示。本发明实施例中的接收装置包含两个接收点，接收点1和接收点2相距一定的距离设置，两个接收点分别接收安装在目标(例如用户)上的发射装置发射的超声波信号。

接下来，在步骤S120中，根据接收点1和接收点2接收到的超声波测距信号确定智能机器人与被跟随目标之间的实时距离，在本发明的实施例中，采用三角定位法来获取智能机器人与被跟随目标之间的实时距离。

具体的，如图2所示，当发射装置开始发射超声波信号时，接收点1和接收点2分别开始计时，假设接收点1接收到发射装置发射的超声波信号的时间为t1，接收点2接收到发射装置发射的超声波信号的时间为t2，则根据超声波在空气中的传播速度，可以得到发射装置与接收点1之间的第一距离，记为A，如表达式(1-1)所示，发射装置与接收点2之间的第二距离，记为B，如表达式(1-2)所示，

A＝V*t1(1-1)

B＝V*t2(1-2)

式中，V表示超声波在空气中的传播速度，V＝340m/s。

可以看出，在本发明实施例中，获取的发射超声波信号的发射装置与安装在智能机器人上的接收装置之间的距离包括两个距离，分别为发射装置与接收装置内的接收点1之间的第一距离A和发射装置与接收装置内接收点2之间的第二距离B。

在图2中，基于接收点1、接收点2和发射装置三点所在的平面建立直角坐标系，如图2所示，以接收点1和接收点2所在直线为x轴，以发射装置至接收点1和接收点2的连线的垂直距离所在的直线为y轴建立直角坐标系。

假设接收点1与接收点2之间的安装距离为K，则由接收点1、接收点2和发射装置三个点共同组成三角形，且三角形的三个边的长度均为已知，如图2所示。

进一步地，分别设接收点1的坐标为(x₁，y₁)，则由安装距离K可知，接收点2的坐标可以表示为(x₁+K，y₁)，设发射装置的坐标为(x₂，y₂)，记三角形的三条边的边长分别为A、B和C，则A＝V*t1，B＝V*t2，C＝K，T为发射装置至接收点1和接收点2的连线的垂直距离，且设T＞0。下面利用上述条件求解三角形来获取T的表达式。

在图2所示三角形中有，

A²＝(x₂-x₁)²+(y₂-y₁)² (2-1)

B²＝(x₁+K-x₂)²+(y₂-y₁)² (2-2)

通过表达式(2-1)和(2-2)推导出：

T如表达式(4)所示：

在图2所示的直角坐标系中，有y₂＝T，y₁＝0，x₂＝0，则得到

根据表达式(4)和(6)得到：

在表达式(7)中，A与B可以利用超声波测距，并由表达式(1-1)和(1-2)来获取，K为接收点1和接收点2之间的确定的距离，因此根据表达式(7)能够求得发射装置至接收点1和接收点2的连线的垂直距离T。

距离T可以用于表示用户与智能机器人之间的位置关系，以T作为智能机器人与被跟随目标之间的实时距离。

需要说明的是，为了获得较准确的智能机器人与被跟随目标之间的实时距离，在安装接收点1和接收点2时，最好使接收点1和接收点2安装在同一水平面上。

在步骤S130中，不断比较智能机器人与被跟随目标(用户)之间的实时距离与预设的距离阈值。

当实时距离T的值大于距离阈值时，说明此时智能机器人离用户的距离较远，可能会影响到智能机器人与用户之间的交互过程，所以，驱动智能机器人运动以靠近用户。

当实时距离T的值小于等于距离阈值时，说明此时智能机器人离用户的距离在需求的范围内，不会影响到智能机器人与用户之间的交互过程，所以，不需要驱动智能机器人运动。

本发明实施例的智能机器人跟随方法，采用超声波测距和三角定位法相结合的方式获取被跟随的目标与智能机器人之间的实时距离，并通过对实时距离进行判断来确定智能机器人是否需要调整位置，使得智能机器人在与用户的交互过程中可以保持适当的距离，提高交互体验。

第二实施例：

在采用超声波测距时，两个接收点分别接收由发射装置发射的超声波信号。理想的情况下，在发射装置端发射了超声波信号后，接收点1和接收点2同时开始计时，这样才能保证根据表达式(1-1)和(1-2)计算得到的第一距离A和第二距离B准确，同时保证第一距离A和第二距离B的相对距离准确。

在本实施例中，采用红外信号作为同步信号来解决上述问题。

具体的，接收点1和接收点2在接收由发射装置发射的超声波信号之前，先接收一个红外信号作为同步信号。接收点1和接收点2分别以该红外同步信号作为计时起始点测量接收到超声波信号的时间，分别测量得到t1和t2，再根据超声波的传播速度与接收到超声波信号的时间计算发射装置与接收点1之间的第一距离A和发射装置与接收点2之间的第二距离B。

基于红外同步信号对目标进行跟随的智能机器人跟随方法的流程示意图如图3所示。

红外信号在空气中的传播速度等于光速，即为3×10⁸m/s。该速度远远大于超声波的传播速度，且当传播距离较短时，红外信号的传播时间可以忽略不计。因此，只要使发射装置端在发射红外信号的同时发送超声波信号，而在接收点1和接收点2处在接收到红外信号的同时开始计时，就能够实现发射装置和接收点1和接收点2之间的同步。

另外，需要说明的是，红外信号的固定时钟应满足大于以保证红外信号能够正确的被接收。

在本发明的实施例中，通过采用红外信号作为接收点接收超声波信号的计时起点，使得测量并计算得到的第一距离A和第二距离B更加符合实际情况，提高了测距的精度，进而有利于提高智能机器人对用户进行跟随的及时性与跟随的准确性，降低跟随的误操作。

第三实施例：

本实施例中，提出一种用于生成红外同步信号的发射装置。

发射装置可被安装在被跟随的目标(用户)上，该发射装置主要包括超声波发射单元和红外发送单元。

其中，超声波发射单元主要用于以设定的频率向智能机器人发射超声波信号。

红外发送单元，与超声波发射单元相连接，在红外发送单元与超声波发射单元传输一个本地的同步信号来使得红外发送单元与超声波发射单元同步动作。当超声波发射单元发射超声波信号时，使红外发送单元同时生成并发射红外同步信号。

根据第二实施例可知，红外信号在空气中的传播速度等于光速，远远大于超声波信号的传播速度，且当传播距离较短时，红外信号的传播时间可以忽略不计，因此可以认为在智能机器人端的接收点1和接收点2在红外信号发射的同时即接收到该红外信号，接收点1和接收点2以该红外信号作为超声波信号的计时起点。

而在发射装置端，由于本地同步信号的作用，红外同步信号与超声波信号的发射同步，进而可以认为，接收点1和接收点2的计时起点即为超声波信号的真实发射时间。

需要注意的是，红外发送单元发射红外信号的固定时钟应满足大于以保证红外信号能够正确的被接收。

在本发明实施例中，通过在发射装置中设置超声波发射单元与红外发送单元，实现了超声波信号的发射与红外信号的发射的同步，通过采用红外信号作为接收点接收超声波信号的计时起点，使得测量并计算得到的第一距离A和第二距离B更加符合实际情况，提高了测距的精度，进而有利于提高智能机器人对用户进行跟随的及时性与跟随的准确性，降低跟随的误操作。

第四实施例：

图4为根据本发明第四实施例的智能机器人跟随系统的结构示意图，如图4所示，该跟随系统包括：

测距模块41，其利用安装在智能机器人上的接收装置获取超声波测距信号。

定位模块42，其根据三角定位法利用超声波测距信号确定智能机器人与被跟随目标之间的实时距离。

跟随模块43，其根据实时距离生成并输出使智能机器人对目标进行跟随的多模态数据。

进一步地，跟随模块43不断比较智能机器人与被跟随目标之间的实时距离与预设的距离阈值，当实时距离大于距离阈值时，驱动智能机器人运动以靠近被跟随目标。当实时距离小于等于距离阈值时，停止驱动智能机器人运动。

测距模块41利用安装在智能机器人上的接收装置接收红外同步信号，并以红外同步信号作为计时起始点测量接收到超声波信号的时间。再根据超声波的传播速度与接收到超声波信号的时间计算发射装置与安装在智能机器人上的接收装置之间的距离。

上述功能模块更具体的功能，可参考第一实施例和第二实施例中各方法步骤的操作获得，此处不再赘述。

在本实施例中，通过利用超声波到达不同接收点的时差的技术来实现对被跟随目标点的位置的预测，通过保持相当的距离，实现了智能机器人的跟随系统，有利于提高智能机器人在与用户进行交互时的交互体验。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。