[发明专利]一种高度方位自适应的服务机器人及适应方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高度方位自适应的服务机器人及适应方法。

背景技术

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“CN204505234U”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。

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。

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。

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。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明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。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案实现:

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。

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。

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。

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。

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。

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。

进一步地，自适应感知交互者方位的方法包括如下步骤：头部环形声音方位感知单元将采集到底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，与头部旋转单元、底盘运动单元相联合，对该方位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。

进一步地，自适应感知交互者位置的的方法如下步骤：通过图像采集处理方法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，同时利用头部环形声音方位感知单元采集声源信息，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。