机器人和机器人控制方法

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机器人和机器人控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明实施例属于移动机器人领域，尤其涉及一种机器人和机器人控制方法。\n背景技术\n[0002] 近年来，机器人技术的发展和人工智能研究不断深入，智能机器人在人类生活中扮演越来越重要的角色。随着人们的需求不断增多，更加人性化的机器人将逐渐会成为机器人界的宠儿。\n[0003] 人们希望机器人能够更加人性化，尤其是希望机器人能够在与人类的交互中更加贴近“人”的特征。但是，目前大多机器人的交互功能比较单一，多为机器人基于用户语音或触摸输入的指令，执行相应的动作。\n发明内容\n[0004] 有鉴于此，本申请实施例提供一种机器人，用于扩展机器人的人机交互性能。\n[0005] 本申请实施例提供了一种机器人，包括：机身主体、头部组件、位置检测器以及控制器；\n[0006] 其中，所述头部组件与所述机身主体可转动连接；\n[0007] 所述位置检测器，用于检测交互对象所在的方位；\n[0008] 所述控制器，用于控制所述头部组件转动，使所述头部组件面向所述交互对象所在的方位。\n[0009] 本申请实施例提供了一种机器人控制方法，包括：\n[0010] 检测交互对象相对所述机器人的方位；\n[0011] 若所述方位在预设方位范围内，则控制所述机器人的头部组件转动，使所述机器人的头部组件面向所述交互对象所在的方位。\n[0012] 本申请提供的机器人以及机器人控制方法，通过位置检测器检测交互对象所在的方位，控制器基于该方位确定机器人头部组件的转动方向以及转动角度，使得机器人的头部组件可以根据交互对象的位置变化而向不同方向转动，扩展了机器人的人机交互性能。\n附图说明\n[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。\n[0014] 图1是本申请一实施例提供的机器人实施例一的结构示意图；\n[0015] 图2是本申请一实施例提供的机器人实施例一的另一结构示意图；\n[0016] 图3是本申请一实施例提供的机器人控制方法实施例一的流程图；\n[0017] 图4是本申请一实施例提供的机器人控制方法实施例二的流程图。\n具体实施方式\n[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。\n[0019] 图1是本申请实施例提供的机器人实施例一的结构示意图，如图1所示，该机器人包括：机身主体10、机器人的头部组件11、位置检测器12以及控制器13。\n[0020] 其中，头部组件11与机身主体10可转动连接，位置检测器12可以安装在所述机身主体10上，也可以安装在头部组件11上，本申请实施例不做限制。在以下部分的具体描述中，以位置检测器12安装在所述机身主体10上为例对本申请实施例的技术方案做详细阐述。\n[0021] 其中，位置检测器12，用于检测交互对象的所在的方位；控制器13，用于控制头部组件转动，使头部组件面向交互对象所在的方位。\n[0022] 可选地，控制器13可以使用各种应用专用集成电路(交互对象SIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPG交互对象)、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。\n[0023] 在本申请实施例中，位置检测器12用于获取交互对象的位置信息。可选地，在本申请实施例中，位置信息可以包括：交互对象相对机器人的距离和/或交互对象相对机器人的方位。其中，位置检测器12可以是麦克风阵列、图像识别器、距离传感器、红外传感器、激光传感器以及超声波传感器中的一个或者多个。\n[0024] 可选地，在机身主体10上设置有麦克风阵列(MIC阵列)，MIC阵列是一组位于空间不同位置的全向麦克风按一定的形状规则布置形成的阵列，是对空间传播声音信号进行空间采样的一种装置，采集到的信号包含了其空间位置信息。本申请实施例中，根据MIC阵列声源定位获取交互对象的位置信息，从而控制器13在接收到该位置信息后，对头部组件11的转动参数进行设置。例如，MIC阵列检测到交互对象位于机器人本体的左侧小角度范围，则可设置机器人的头部组件当前的转动角度为向左转动，且转动夹角为5度等；MIC阵列检测到交互对象位于机器人本体的左侧大角度范围，则可设置机身主体当前的转动角度为向左转动，且转动夹角为15-30度等。\n[0025] 图像识别器，可以是集成具有拍摄、图像识别、计算等处理能力的设备。通过用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并在图像中检测和跟踪人脸，能够在摄像机或者摄像头的可视范围内发现交互对象，并获得交互对象的位置信息。其中，基于图像识别器相对交互对象的拍摄角度对图像成像效果的影响，通过对拍得图像进行计算可以确定交互对象相对机器人的位置信息，该计算过程可以参照相关现有技术实现，本实施例不赘述。\n[0026] 距离传感器、红外传感器、激光传感器以及超声波传感器均是通过距离测量、相对方位角度来实现定位的位置检测器。一般的，可以通过多个传感器组合的方式来实现上述距离、方位角度的检测。其工作过程为：多个位置检测器同时发出位置检测信号，到达被测物后位置检测信号反射，位置检测器在接收到位置检测信号后记录位置检测信号的往返时间，根据位置检测信号的传播速度计算得到被测物的位置信息，与此同时，根据多个距离传感器的距离检测结果综合分析获得被检测物的方位。\n[0027] 本实施例中，头部组件11与机器人的机身主体10可转动连接，具体的，连接结构可以是步进电机、减速器以及齿轮传动装置组成，由步进电机驱动齿轮，由从动齿轮带动头部组件转动，从而控制器13可以通过控制步进电机来控制机器人头部组件的转动。\n[0028] 当控制器13接收到交互对象所在的方位后，判断交互对象所在的方位是否符合预设方位范围。当交互对象所在的方位符合预设方位范围时，控制器13根据交互对象所在的方位确定头部组件11应当转动的方向以及应当转动的角度值。其中，预设方位范围可以理解为：交互对象与机器人之间的夹角属于某一范围值，该范围值可以根据用户需求以及机器人头部组件的转动性能进行调整。\n[0029] 例如，上述范围值可以有如下标记结果，以机器人的机身主体10的正前方为0度，标记为+0°，向右90度的方向(正右方)标记为+90°，向左90度的方向(正左方)标记为-90°，向左/右180度(正后方)的方标记为-0°。预设方位范围中的处范围值可以是[-90°,+0]或[+\n0,90°]。即，当交互对象与机器人之间的夹角在[-90°,+0]或[+0,90°]之间时，确定第一调整参数。需要说明的是，上述“-”、“+”符号仅代表前后左右的方位，不带有数学中的正负意义。上述角度为一个准确的数字的方式仅为举例，实际应用中，还可以实现任意的角度范围，本申请实施例不做限制。\n[0030] 值得说明的是，本申请实施例中，为保证机器人的美观以及更加与“人”近似的特征，上述的正前方、正后方、正左方以及正右方等方位信息是针对机器人的机身主体10而言进行定义的以避免机器人头部过于夸张的转动造成交互对象产生不适。\n[0031] 具体的，控制器13控制机器人头部组件11可以通过设置机器人头部组件11的第一调整参数实现，该第一调整参数包括机器人头部组件的调整方向以及调整角度。控制器13确定第一调整参数后，控制机器人的头部组件11根据第一调整参数进行转动，从而，能够根据交互对象的实际位置使得机器人正面面向交互对象，以进行人机互动，提升用户体验。\n[0032] 可选地，控制器13基于交互对象所在的方位对头部组件11的控制，可以是基于预先设置的不同的交互对象所在的方位与不同的第一调整参数之间的对应关系实现的。优选的，可设置交互对象所在的方位与第一调整参数之间成一定线性关系，例如，当交互对象在机器人的[-90°,+0]或[+0,90°]之间时，机器人头部的转动方向可以在[-90°,+0]或[+0,\n90°]之间随着交互对象的具体位置调整，例如，交互对象位于机器人的左前方-75°方向处，控制器13控制机器人的头部组件11的旋转目标方向为-75°方向，若机器人当前的方向为-\n25°处，则控制器13只需控制机器人向左转动50°即可旋转到目标方向与交互对象正面交互。\n[0033] 假设以下场景，机器人在与左前方25°(-25°)的第一交互对象进行对话时，机器人的机身主体10面向正前方(+0°)而面部朝向为-25°方向。在这一情形下，位置检测器12检测到右前方20°(+20°)处有第二交互对象，控制器13根据机器人头部组件的当前方向计算与下一转动的目标方向之间的角度差值确定机器人头部组件的第一调整参数。例如，在上述情景中，控制器13确定机器人头部组件的第一调整参数为向右转动45°(+45°)。或者，控制器13控制机器人头部组件11归位(与机器人机身主体保持一致方向)后，确定机器人头部组件的第一调整参数为向右转动20°(+20°)。\n[0034] 实际应用中，除了通过控制机器人的头部组件11转动实现面向交互对象的交互效果之外，为了更加贴合拟人的交互效果，还可以进一步控制机器人整个机身主体面向交互对象。\n[0035] 从而可选的，如图2所示，本申请实施例的机器人还可以包括：行走底盘14，该行走底盘14可以安装于机器人本体的脚部位置，行走底盘14受控制器13的控制，能够带动机器人的机身主体向某一特定方向转动固定角度，或者受控制器13的控制向沿某一路径移动行走。行走底盘14可以由步进电机、减速器以及齿轮传动装置组成的结构实现旋转功能，可以由步进电机以及滚动轮组成的可移动结构实现行走底盘14的移动行走功能，当然，本申请实施例不做限制。\n[0036] 可以理解的是：当通过控制行走底盘14来达到机器人面向交互对象的目的时，可以控制头部组件11相对于机身主体10固定不变，而只是通过控制行走底盘14的转动、移动来实现该目的。当然，也可以同时控制头部组件11和行走底盘14来实现该目的。\n[0037] 以通过控制行走底盘14来达到机器人面向交互对象的目的为例，当控制器13接收到交互对象所在的方位后，若是判断该方位不符合预设方位范围，则控制器13根据该方位确定行走底盘的第二调整参数，其中，该第二参数包括行走底盘14的移动轨迹、转动角度以及转动方向。承接上述例子，当预设方位范围中的范围值是[-90°,+0]或[+0,90°]时，若判断交互对象与机器人之间的夹角在[-90°,+0]或[+0,90°]之外，例如，交互对象与机器人之间的夹角在[-90°,-0°]或[-0°,+90°]之间时，控制器13确定第二调整参数。\n[0038] 可选的，控制器13基于交互对象所在的方位对行走底盘14的控制，可以是基于预先设置的不同交互对象所在的方位与不同的第二调整参数之间的对应关系实现的。优选的，可设置交互对象所在的方位与第二调整参数之间成一定线性关系，即，将交互对象所处的方位值与机器人转动的方位值一一对应。例如，交互对象位于机器人的左后方-125°方向处，控制器13控制机器人的行走底盘14的旋转目标方向为-125°方向，若机器人当前的方向为-25°处，则控制器13只需控制机器人的行走底盘向左转动100°即可旋转到目标方向与交互对象正面交互。\n[0039] 可选的，根据交互对象的方位确定第一调整参数和第二调整参数还可有如下可行的方式：将机器人与交互对象之间的方位角度的取值分区，并为每一分区设置一个固定头部组件或行走底盘的旋转参数。例如，承接上述例子，将该方位角度的分四个区段：[-90°,+\n0]、[+0,90°]、[-90°,-0]、[-0,90°]。例如，当交互对象在[-90°,+0]之间时，设置机器人的头部组件的调整参数为向左旋转45°(-45°)；当交互对象在[+0,90°]之间时，设置机器人的头部组件的调整参数为向右旋转45°(+45°)；当交互对象在[-90°,-0]之间时，设置机器人的行走底盘的调整参数为向左135°(-135°)；当交互对象在[-0,90°]之间时，设置机器人的行走底盘的调整参数为向右135°(+135°)。当然，上述数值仅供举例使用，并不构成对本申请实施例的限制。\n[0040] 特别的，位置检测器12检测到的机器人与交互对象之间的方位角度在[-90°,-0]、[-0,90°]之间，且机器人的头部组件11存在一定转动角度时，控制器13在控制机器人头部组件11归位之后再确定机器人的旋转底盘14的第二调整参数，从而，旋转底盘14带动机器人机身主体转动到目标角度后，机器人的脸部能够正面交互对象，从而为用户带来良好的交互体验。当然，机器人头部组件11的归位过程也可与旋转底盘14的转动过程同时进行，本申请实施例不做限制。\n[0041] 可选的，为了进一步增强对机器人面向交互对象的控制精度，本申请实施例中还提供了基于对交互对象人脸区域的检测来精确调整机器人转动的方案。具体地，可以在机器人机身主体上设置图像识别器，该图像识别器用于采集并识别交互对象的人脸区域。在通过比如MIC阵列等位置检测器检12测到交互对象的位置信息即距离、方位后，图像识别器若识别到交互对象的人脸区域，则进一步精确确认交互对象的人脸位置即相对机器人的方位、距离，从而可以对位置检测器检测到的结果进行微调修正，获得更加精确的交互对象的位置信息。\n[0042] 在一种情境下，位置检测器12确定交互对象的方位信息后，图像识别器未识别到交互对象的人脸区域，则可判断交互对象侧对或者背对机器人，此时，控制器13确定行走底盘14的第二调整参数。优选的，可将第二调整参数设置为，以该交互对象为圆心，以机器人相对于交互对象之间的距离为半径向画圆作为行走底盘14的移动轨迹，直至图像识别器识别到交互对象的人脸区域。\n[0043] 可选的，本申请实施例的机器人还包括声音播放器15，该声音播放器15用于机器人与交互对象之间的语音对话时语音信号的播放。相应的，控制器13在获取交互对象相对于机器人的距离后，根据交互对象的该距离信息，控制声音播放器15的音量大小。例如，当交互对象在较远的地方，声音传播衰减大，此时控制器13可以控制声音播放器15的音量增大；反之，当交互对象在较近的地方，声音传播衰减小，此时，控制器13可以控制声音播放器\n15的音量减小，从而，机器人能够以合理的音量与交互对象进行交流，进一步提升用户在交互过程中的舒适度。\n[0044] 可选的，本申请实施例的机器人还包括噪声检测器16，该噪声检测器16可以通过声压计或者MIC阵列实现。声音播放器15的声音容易受环境中噪声的影响，因此，控制器13在控制声音播放器15的音量大小之前，预先获取噪声检测器16的噪声检测结果，控制器13再根据检测结果以及位置检测器检测到的交互对象相对机器人的距离控制所述声音播放器的音量大小，进一步提高了音量控制的精确程度，提升了机器人的人机交互性能。\n[0045] 本实施例中，通过位置检测器检测交互对象的交互对象所在的方位，控制器基于该方位信息确定机器人头部组件以及行走底盘的调整参数，从而调整机器人的头部组件以及行走底盘的转动方向，使得机器人的头部组件以及行走底盘可以根据交互对象的位置变化而向不同方向转动和/或移动，机器人与交互对象的正面交互能够定向地采集交互对象的声音，提高语音收集质量从而实现更好的人机交互扩展了机器人的人机交互性能。与此同时，控制器基于交互对象相对于机器人的距离以及人机交互环境的噪声大小确定机器人的声音播放器的音量大小，进进一步提升了机器人的人机交互能力。\n[0046] 图3是本申请实施例提供的机器人控制方法实施例一的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：\n[0047] 步骤101、检测交互对象所在的方位。\n[0048] 步骤102、判断该方位是否在预设方位范围内，若是，则执行步骤103，否则执行步骤104。\n[0049] 步骤103、控制机器人的头部组件转动，使机器人的头部组件面向交互对象所在的方位。\n[0050] 步骤104、控制机器人机身主体转动和/或移动，使机器人的头部组件面向交互对象所在的方位。\n[0051] 本实施例中，上述交互对象所在的方位信息的检测以及对机器人的头部组件的调整过程，可以参见图1所示实施例中的描述，在此不再赘述。\n[0052] 本实施例中，通过位置检测器检测交互对象相对机器人的方位，控制器基于该方位信息调整机器人的头部组件和/或行走底盘，使得机器人在人机交互的过程中，机器人的头部组件可以与交互对象面对面，扩展了机器人的人机交互性能。\n[0053] 图4是本申请实施例提供的机器人控制方法实施例二的流程图，如图4所示，该机器人控制方法包括如下步骤：\n[0054] 步骤201、检测交互对象相对于机器人的距离和/或预设范围内的噪声分贝值。\n[0055] 步骤202、根据该距离和/或预设范围内的噪声分贝值确定机器人的声音播放器的音量大小。\n[0056] 步骤203、根据音量大小控制声音播放器进行音量调整。\n[0057] 本实施例中，上述交互对象所在的方位的检测以及对声音播放器的音量大小的控制过程，可以参见图1所示实施例中的描述，在此不再赘述。\n[0058] 需要说明的是，图1以及图2对应的装置可以执行图3～图4对应的实施例中的任意一个或者多个的组合。例如，图1以及图2对应的装置可以执行图3以及图4对应的组合实施例的，在一种情境下，通过位置检测器检测交互对象所在的方位，控制器基于该方位确定机器人头部组件的第一调整参数，从而调整机器人的头部组件，使得机器人的头部组件可以根据交互对象的方位变化而向不同方向转动；在另一种情境下，通过位置检测器检测交互对象所在的方位，控制器基于该方位确定机器行走底盘的第二调整参数，从而调整机器人的行走底盘，使得机器人的行走底盘可以根据交互对象的位置变化而向不同方向转动\移动；与此同时，控制器基于位置检测器检测到的交互对象相对于机器人的距离控制机器人声音播放器的音量大小。上述实施例的组合执行进一扩展了机器人的人机交互性能，提升了用户体验。\n[0059] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。\n[0060] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。\n[0061] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；\n而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。