專利名稱：一種導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其導(dǎo)覽解說方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其導(dǎo)覽解說方法。
背景技術(shù)：
在博物館、科技館、展廳、博覽會以及會展中心等場合，都是由解說員對展品進(jìn)行人工解說和介紹，在參觀者較多或者解說員不夠的情況下，往往不能提供良好的服務(wù)。而解說是重復(fù)性的工作，如果有低成本實(shí)用的導(dǎo)覽解說機(jī)器人，可以降低解說員的工作壓力并提聞參觀者的興趣。在當(dāng)前的導(dǎo)覽或者導(dǎo)游機(jī)器人中，存在機(jī)器人自主導(dǎo)航難的問題。目前機(jī)器人的導(dǎo)航問題，已經(jīng)實(shí)用的最常見方法是帶有引導(dǎo)線的導(dǎo)航方式，如電磁埋線導(dǎo)航或者是光反射導(dǎo)航，但這類導(dǎo)航方式，要求在地上或者天花板上安裝引導(dǎo)線，系統(tǒng)的布置和維護(hù)比較麻煩。而基于同步定位和建地圖·的方式，對機(jī)器人的配置要求較高并且開發(fā)難度大，導(dǎo)致機(jī)器人的成本較高。導(dǎo)覽解說的內(nèi)容往往會根據(jù)需要進(jìn)行更改，現(xiàn)有的導(dǎo)覽解說系統(tǒng)，修改導(dǎo)覽路線和講解內(nèi)容往往需要專業(yè)的機(jī)器人開發(fā)人員進(jìn)行開發(fā)維護(hù)，不利于用戶隨時(shí)按需求更改講解內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種上述導(dǎo)覽解說機(jī)器人服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。為了達(dá)到上述第一目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體、示教模塊、任務(wù)編輯模塊、導(dǎo)覽模塊、監(jiān)控模塊以及定位和位姿校正模塊；所述機(jī)器人本體，用于和人進(jìn)行交互，帶領(lǐng)人進(jìn)行參觀并解說；所述示教模塊，用于采集機(jī)器人本體完成導(dǎo)覽任務(wù)所需要經(jīng)過的關(guān)鍵點(diǎn)；所述任務(wù)編輯模塊，用于生成導(dǎo)覽任務(wù)文件；所述導(dǎo)覽模塊，用于解析導(dǎo)覽任務(wù)文件并執(zhí)行，完成指定的任務(wù)；所述監(jiān)控模塊，由遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和無線通訊模塊組成，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端運(yùn)行在臺式電腦、便攜式電腦或者智能手機(jī)上；所述定位和位姿校正模塊，在機(jī)器人本體移動過程中推算機(jī)器人當(dāng)前的位姿，并在移動累計(jì)誤差達(dá)到一定程度時(shí)，進(jìn)入校正區(qū)域時(shí)校正機(jī)器人本體的位姿。優(yōu)選的，所述機(jī)器人本體包括:移動模塊、肢體動作模塊、語言模塊、傳感模塊、以及無線通訊模塊；所述移動模塊使機(jī)器人本體自主從出發(fā)坐標(biāo)移動到目標(biāo)坐標(biāo)；
所述肢體動作模塊包含一個(gè)或一個(gè)以上的關(guān)節(jié)，用于完成肢體動作；所述語音模塊包括語音輸入模塊，語音識別模塊和語音輸出模塊，語音輸入模塊使用麥克風(fēng)采集環(huán)境的音頻信號；語音識別模塊將人的說話內(nèi)容轉(zhuǎn)化為文本；語音輸出模塊將音頻通過音箱進(jìn)行播放；所述傳感模塊，包括用于人體檢測的傳感器、航跡推算的傳感器、障礙物檢測的傳感器，以及聲音和圖像采集模塊；所述無線通訊模塊，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的通訊。優(yōu)選的，所述示教模塊包括在線示教模塊和離線示教模塊，所述在線示教模塊，通過遙控操作或者是推著機(jī)器人本體移動到導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位姿；記錄下當(dāng)前的位姿值，并保存所有位姿點(diǎn)；所述離線示教模塊，通過創(chuàng)建導(dǎo)覽環(huán)境的地圖，從地圖上選取導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位置的坐標(biāo)以及編輯該坐標(biāo)下機(jī)器人本體的航向角并保存所有位姿點(diǎn)；所述導(dǎo)覽環(huán)境的地圖為電子地圖，通過鼠標(biāo)獲取地圖上某個(gè)點(diǎn)在實(shí)際環(huán)境中的坐標(biāo)；所述導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位姿為需要進(jìn)行講解的位置坐標(biāo)和航向角或者是為了控制導(dǎo)覽路線的過程坐標(biāo)和移動方向。優(yōu)選的，所述任務(wù)編輯模塊包括:位姿選擇模塊，從示教模塊采集回來的位姿中，選擇所需的位姿；位姿排序模塊，按照路線達(dá)到的先后次序進(jìn)行排序生成位姿序列；位姿編輯模塊，對所選位姿進(jìn)行修改和特征編輯；指令編輯模塊，根據(jù)位姿序列生成移動腳本語言，控制機(jī)器人本體的移動路線，用機(jī)器人腳本指令描述機(jī)器人本體在每一個(gè)位姿上的行為，生成和保存導(dǎo)覽文件任務(wù)。優(yōu)選的，所述監(jiān)控模塊由遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和無線通訊模塊組成，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和機(jī)器人本體通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過發(fā)送腳本指令控制機(jī)器人本體行為，對機(jī)器人本體進(jìn)行操作，控制機(jī)器人本體的動作、表情、展示內(nèi)容和說話內(nèi)容；同時(shí)查看機(jī)器人本體當(dāng)前所處的狀態(tài)、機(jī)器人本體攝像頭采集到的圖像、麥克風(fēng)采集到的音頻、以及避障傳感器狀態(tài)，一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)機(jī)器人本體。優(yōu)選的，所述定位和位姿校正模塊通過電子羅盤和碼盤推算機(jī)器人本體的位姿；或者通過外部傳感設(shè)備構(gòu)建一個(gè)校正區(qū)域，當(dāng)機(jī)器人本體進(jìn)入校正區(qū)域時(shí)校正機(jī)器人本體的航向角和坐標(biāo)，其具體為:已知該校正區(qū)域在機(jī)器人本體導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位姿，在該區(qū)域內(nèi)安裝傳感器獲取機(jī)器人本體在校正區(qū)域內(nèi)的相對位姿，并最終轉(zhuǎn)換為機(jī)器人本體自身在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位姿。為了達(dá)到上述第二目的，本發(fā)明的采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明基于上述導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的導(dǎo)覽解說方法，包括下述步驟:S1、根 據(jù)導(dǎo)覽任務(wù)的要求，確定導(dǎo)覽路線；S2、通過示教模塊，進(jìn)行在線示教或者是離線示教，采集導(dǎo)覽路線上關(guān)鍵的位置；S3、在任務(wù)編輯模塊中利用機(jī)器人腳本語言描述機(jī)器人在導(dǎo)覽過程中經(jīng)過的關(guān)鍵位置，并設(shè)定在到達(dá)關(guān)鍵位置或去往關(guān)鍵位置過程中的動作，并將所述的腳本語言保存為任務(wù)文件；S4、選擇所需的任務(wù)文件，由導(dǎo)覽模塊對任務(wù)文件進(jìn)行解析，機(jī)器人本體按導(dǎo)覽文件要求的行為，依次到達(dá)關(guān)鍵位置并完成指定的行為，在導(dǎo)覽過程中和導(dǎo)覽完成回到出發(fā)點(diǎn)時(shí),機(jī)器人本體通過定位和位姿校正模塊校正機(jī)器人本體的位姿。優(yōu)選的，步驟S2中，在線示教的步驟為:S211、通過遙控操作或者是推著機(jī)器人本體移動到導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位姿，機(jī)器人本體在移動過程中推算出位姿；S212、通過外部信號的方式通知機(jī)器人本體記錄當(dāng)前的位姿值，示教模塊記錄當(dāng)前的位姿；S213、重復(fù)步驟S212，直到所有的位姿點(diǎn)都記錄完畢；S214、將所有的位姿點(diǎn)保存為位姿文件；所述離線示教的步驟為:S221、創(chuàng)建導(dǎo)覽·環(huán)境的地圖，繪制導(dǎo)覽環(huán)境的平面圖紙或者是繪制分辨率滿足機(jī)器人本體導(dǎo)覽精度的圖片；S222、用鼠標(biāo)在地圖上取坐標(biāo)點(diǎn)，并設(shè)置在該坐標(biāo)點(diǎn)上機(jī)器人本體的航向角，記錄當(dāng)前的位姿；S223、重復(fù)步驟S222，直到所有的位姿點(diǎn)都記錄完畢；S224、將所有的位姿點(diǎn)保存為位姿文件。優(yōu)選的，步驟S3中，任務(wù)編輯的步驟為:S31、導(dǎo)入位姿文件，并對位姿按導(dǎo)覽路線進(jìn)行排序，生成位姿序列；S32、根據(jù)需要對位姿進(jìn)行編輯，并設(shè)置位姿點(diǎn)的特征；S33、由系統(tǒng)根據(jù)位姿序列和位姿特征自動生成腳本語言；S34、指令編輯，生成導(dǎo)覽講解所需要的動作指令；S35、將所有指令保存為導(dǎo)覽任務(wù)文件。優(yōu)選的，步驟S4中，導(dǎo)覽的步驟為:S411、選擇需要的導(dǎo)覽任務(wù)文件；S412、由腳本語言解析模塊對導(dǎo)覽任務(wù)進(jìn)行解析，并通過行為執(zhí)行模塊去完成指令對應(yīng)的行為，一直執(zhí)行完導(dǎo)覽任務(wù)；所述定位和位姿校正的步驟為:S421、根據(jù)導(dǎo)覽環(huán)境和機(jī)器人本體導(dǎo)航誤差的累積程度，確定位姿校正區(qū)域的個(gè)數(shù)以及安放的位置，并設(shè)定校正區(qū)域在導(dǎo)覽環(huán)境中的相對位姿；S422、機(jī)器人本體在移動過程中實(shí)時(shí)推算自身的位姿，當(dāng)進(jìn)入校正區(qū)域時(shí)，獲取機(jī)器人本體在校正區(qū)域的位姿，通過校正區(qū)域在導(dǎo)覽環(huán)境中的位姿換算出機(jī)器人本體在導(dǎo)覽環(huán)境中的位姿，并將機(jī)器人本體當(dāng)前的位姿修改為經(jīng)過校正區(qū)域換算后的位姿。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:1、本發(fā)明的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，能夠由只具備電腦操作知識的人員根據(jù)導(dǎo)覽的任務(wù)要求對機(jī)器人進(jìn)行示教，任務(wù)編輯，并控制機(jī)器人完成導(dǎo)覽任務(wù)，同時(shí)，本導(dǎo)覽服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)提供簡便的方式讓用戶自定義機(jī)器人的導(dǎo)覽功能，達(dá)到了降低導(dǎo)覽服務(wù)機(jī)器人的開發(fā)難度和用戶的使用難度，進(jìn)一步推動了服務(wù)機(jī)器人在社會生活中的普及。2、本發(fā)明的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)可以由操作人員根據(jù)導(dǎo)覽需要設(shè)定導(dǎo)覽路線和解說內(nèi)容，結(jié)合示教、定位和位姿校正實(shí)現(xiàn)無需鋪設(shè)引導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，而相對于同步定位和建地圖的方式，成本更低。3、本發(fā)明具有低成本以及使用方便等特點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用在博物館、科技館、展廳、博覽會以及會展中心等場合。


圖1是本發(fā)明導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的工作流程圖；圖3是本發(fā)明導(dǎo)覽解說方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體、示教模塊、任務(wù)編輯模塊、導(dǎo)覽模塊、監(jiān)控模塊以及定位和位姿校正模塊。所述機(jī)器人本體，用于和人進(jìn)行交互，帶領(lǐng)人進(jìn)行參觀并解說。所述示教模塊，用于采集機(jī)器人完成導(dǎo)覽任務(wù)所需要經(jīng)過的關(guān)鍵點(diǎn)。所述任務(wù)編輯模塊，用于生成導(dǎo)覽任務(wù)文件。所述導(dǎo)覽模塊，用于解析導(dǎo)覽任務(wù)文件并執(zhí)行，完成指定的任務(wù)。所述監(jiān)控模塊，由遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和無線通訊模塊組成，監(jiān)控終端運(yùn)行在臺式電腦、便攜式電腦或者智能手機(jī)上。所述定位和位姿校正模塊，在機(jī)器人本體移動過程中能夠推算出機(jī)器人當(dāng)前的位姿，并在移動累計(jì)誤差達(dá)到一定程度時(shí)，進(jìn)入校正區(qū)域時(shí)校正機(jī)器人的位姿，所述位姿包含機(jī)器人本體的航向角以及坐標(biāo)。所述機(jī)器人本體包括:移動模塊、肢體動作模塊、語言模塊、傳感模塊、以及無線通訊模塊，其各部分的具體描述如下:所述移動模塊使機(jī)器人本體自主從出發(fā)坐標(biāo)移動到目標(biāo)坐標(biāo)。所述的肢體動作模塊包含一個(gè)或一個(gè)以上的關(guān)節(jié)，用于完成肢體動作，如配合講解內(nèi)容做指向性的動作。所述的語音模塊包括語音輸入，語音識別和語音輸出，語音輸入模塊使用麥克風(fēng)采集環(huán)境的音頻信號；語音識別將人的說話內(nèi)容轉(zhuǎn)化為文本；語音輸出將音頻通過音箱進(jìn)行播放。所述傳感模塊，包括用于人體檢測的傳感器，航跡推算的傳感器，障礙物檢測的傳感器，聲音和圖像采集模塊。 所述無線 通訊模塊，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的通訊。所述示教模塊包括在線示教模塊和離線示教模塊:所述在線示教模塊，通過遙控操作或者是推著機(jī)器人本體移動到導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位姿；記錄下當(dāng)前的位姿值，并保存所有位姿等部分；所述離線示教模塊，通過創(chuàng)建導(dǎo)覽環(huán)境的地圖，從地圖上選取導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位置的坐標(biāo)以及編輯該坐標(biāo)下機(jī)器人本體的航向角并保存所有位姿點(diǎn)等部分。所述導(dǎo)覽環(huán)境的地圖為電子地圖，通過鼠標(biāo)獲取地圖上某個(gè)點(diǎn)在實(shí)際環(huán)境中的坐標(biāo)；所述導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位姿為需要進(jìn)行講解的位置坐標(biāo)和航向角或者是為了控制導(dǎo)覽路線的過程坐標(biāo)和移動方向。所述任務(wù)編輯模塊包括:位姿選擇模塊，從示教模塊采集回來的位姿中，選擇所需的位姿；位姿排序模塊，按照路線達(dá)到的先后次序進(jìn)行排序生成位姿序列；位姿編輯模塊，對所選位姿進(jìn)行修改和特征編輯；指令編輯模塊，根據(jù)位姿序列生成移動腳本語言，控制機(jī)器人本體的移動路線，根據(jù)位姿序列生成移動腳本語言，控制機(jī)器人本體的移動路線，用機(jī)器人腳本指令描述機(jī)器人本體在每一個(gè)位姿上的行為，生成和保存導(dǎo)覽文件任務(wù)。導(dǎo)覽文件由一個(gè)或者超過一個(gè)腳本文件組成導(dǎo)覽任務(wù)文件，用于描述復(fù)雜的導(dǎo)覽任務(wù)。腳本文件由一條或者多條腳本指令組成，腳本文件可以作為函數(shù)被腳本指令重復(fù)使用；所述腳本指令包含指令名和參數(shù)兩部分，按用途可劃分為移動指令、肢體指令、表情指令、語音指令和系統(tǒng)指令等。所述的導(dǎo)覽模塊解析導(dǎo)覽任務(wù)文件并執(zhí)行，并控制機(jī)器人本體完成指定的任務(wù)，導(dǎo)覽模塊包含腳本語言解析模塊和行為執(zhí)行模塊。所述監(jiān)控模塊由遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和無線通訊模塊組成，監(jiān)控終端和機(jī)器人本體通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，在監(jiān)控終端通過發(fā)送腳本指令控制機(jī)器人行為，能對機(jī)器人進(jìn)行操作，控制機(jī)器人本體的動作，表情、展示內(nèi)容和說話內(nèi)容；能查看機(jī)器人本體當(dāng)前所處的狀態(tài)，機(jī)器人本體攝像頭采集到的圖像，麥克風(fēng)采集到的音頻，避障傳感器狀態(tài)等，在必要時(shí)對機(jī)器人本體的引導(dǎo)和管理。一個(gè)監(jiān)控終端可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)機(jī)器人本體。所述監(jiān)控終端可以運(yùn)行在臺式電腦，便攜式電腦以及智能手機(jī)上。監(jiān)控終端具有自動報(bào)警功能，當(dāng)監(jiān)控的狀態(tài)符合報(bào)警要求時(shí)，如碰上障礙物、電量不足等，監(jiān)控終端會通過聲音和屏幕進(jìn)行報(bào)警。所述定位和位姿校正模塊通過電子羅盤和碼盤推算機(jī)器人本體的位姿；或者通過外部傳感設(shè)備構(gòu)建一個(gè)校正區(qū)域，當(dāng)機(jī)器人本體進(jìn)入校正區(qū)域時(shí)校正機(jī)器人本體的航向角和坐標(biāo)，其具體為:已知該校正區(qū)域在機(jī)器人本體導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位姿，在該區(qū)域內(nèi)安裝傳感器獲取機(jī)器人本體在校正區(qū)域內(nèi)的相對位姿，并最終轉(zhuǎn)換為機(jī)器人本體自身在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位姿?？梢愿鶕?jù)需要移動校正區(qū)域的位置；校正區(qū)域的個(gè)數(shù)由導(dǎo)覽區(qū)域的范圍以及機(jī)器人本體航跡推算的誤差累計(jì)程度綜合決定。如圖2所示，導(dǎo)覽解說機(jī)器人系統(tǒng)的工作過程分為管理維護(hù)階段和導(dǎo)覽服務(wù)階段。管理維護(hù)階段和導(dǎo)覽服務(wù)階段的工作人員只需要具有基本的電腦操作知識即可。在管理維護(hù)階段，工作人員的主要任務(wù)就是設(shè)計(jì)導(dǎo)覽路線和講解任務(wù)，然后通過示教模塊和任務(wù)編輯模塊設(shè)定導(dǎo)覽路線和講解任務(wù)。如圖3所示，本實(shí)施例導(dǎo)覽解機(jī)器人系統(tǒng)的導(dǎo)覽解說方法如下所示:(I)、根據(jù)導(dǎo)覽任務(wù)的要求，確定導(dǎo)覽路線；

(2)在示教階段，工作人員可以在線示教方式或者是離線示教方式獲取位置的坐標(biāo)。
(3)如果采用在線示教方式，工作人員選擇一個(gè)位置作為機(jī)器人本體每次工作的出發(fā)點(diǎn)，然后通過遙控操作或者是推著機(jī)器人本體到導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位置，記錄下當(dāng)前位置點(diǎn)的坐標(biāo)值。然后再控制機(jī)器人本體到下一個(gè)導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位置，重復(fù)直到記錄完所有的位置。可以一次性采集完所有講解任務(wù)的位置，在后續(xù)任務(wù)編輯中根據(jù)導(dǎo)覽路線從已采集的位置所有點(diǎn)中選擇需要的點(diǎn)來編輯路線。將所有采集的點(diǎn)以位置文件的格式保存，內(nèi)容包括每一個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)以及機(jī)器人本體的航向角。(4)如果采用離線示教方式則首先需要建立導(dǎo)覽環(huán)境的地圖。通過導(dǎo)覽環(huán)境的平面圖的圖片或者是CAD工程圖，在地圖上用鼠標(biāo)采集響應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)并保存。最后將所有采集的點(diǎn)以位置文件的格式保存，內(nèi)容包括每一個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)以及機(jī)器人本體的航向角。(5)在任務(wù)編輯階段。將位置文件導(dǎo)入到任務(wù)編輯程序，工作人員首先按導(dǎo)覽路線選擇需要的位置。設(shè)置到達(dá)該位置點(diǎn)時(shí)機(jī)器人本體的移動速度以及用機(jī)器人腳本語言描述機(jī)器人本體在到達(dá)這個(gè)位置時(shí)以及離開這個(gè)位置時(shí)需要完成的任務(wù)。任務(wù)通過腳本指令來描述，腳本指令按用途劃分分為移動指令、肢體指令、表情指令、語音指令和系統(tǒng)指令等。對每一個(gè)位置都編輯完成之后，則保存生成導(dǎo)覽任務(wù)文件。機(jī)器人本體上可以同時(shí)保存多個(gè)導(dǎo)覽任務(wù)文件，給工作人員按導(dǎo)覽需求進(jìn)行選擇。(6)在導(dǎo)覽服務(wù)階段，將機(jī)器人本體移動到出發(fā)位置，選擇需要的導(dǎo)覽任務(wù)文件。機(jī)器人本體會根據(jù)導(dǎo)覽任務(wù)文·件自主完成導(dǎo)覽任務(wù)。在導(dǎo)覽過程中，如果檢測到前進(jìn)方向有障礙物，機(jī)器人本體會停止移動并進(jìn)行語音提示，同時(shí)會向遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)送通知，提醒工作人員協(xié)助處理。(7)在機(jī)器人本體完成導(dǎo)覽過程和導(dǎo)覽任務(wù)后回到出發(fā)位置，通過定位和位姿校正模塊對機(jī)器人本體的位姿進(jìn)行校正(8)在機(jī)器人本體導(dǎo)覽和校正過程中，工作人員可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控終端對機(jī)器人本體進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控終端運(yùn)行在便攜式電腦或者是臺式機(jī)上。監(jiān)控終端和機(jī)器人本體在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，使用TCP (UDPVIP協(xié)議進(jìn)行通訊。工作人員在監(jiān)控終端可以通過發(fā)送腳本指令控制機(jī)器人行為，能對機(jī)器人進(jìn)行操作控制機(jī)器人本體的動作，表情，展示內(nèi)容和說話內(nèi)容；能查看機(jī)器人本體當(dāng)前所處的狀態(tài)，機(jī)器人本體攝像頭采集到的圖像，麥克風(fēng)采集到的音頻，避障傳感器狀態(tài)等，在必要時(shí)對機(jī)器人本體的引導(dǎo)和管理。一個(gè)監(jiān)控終端可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)機(jī)器人本體。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括機(jī)器人本體、示教模塊、任務(wù)編輯模塊、導(dǎo)覽模塊、監(jiān)控模塊以及定位和位姿校正模塊； 所述機(jī)器人本體，用于和人進(jìn)行交互，帶領(lǐng)人進(jìn)行參觀并解說； 所述示教模塊，用于采集機(jī)器人本體完成導(dǎo)覽任務(wù)所需要經(jīng)過的關(guān)鍵點(diǎn)； 所述任務(wù)編輯模塊，用于生成導(dǎo)覽任務(wù)文件； 所述導(dǎo)覽模塊，用于解析導(dǎo)覽任務(wù)文件并執(zhí)行，完成指定的任務(wù)； 所述監(jiān)控模塊，由遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和無線通訊模塊組成，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端運(yùn)行在臺式電腦、便攜式電腦或者智能手機(jī)上； 所述定位和位姿校正模塊，在機(jī)器人本體移動過程中推算機(jī)器人當(dāng)前的位姿，并在移動累計(jì)誤差達(dá)到一定程度時(shí)，進(jìn)入校正區(qū)域時(shí)校正機(jī)器人本體的位姿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人本體包括:移動模塊、肢體動作模塊、語言模塊、傳感模塊、以及無線通訊模塊； 所述移動模塊使機(jī)器人本體自主從出發(fā)坐標(biāo)移動到目標(biāo)坐標(biāo)； 所述肢體動作模塊包含一個(gè)或一個(gè)以上的關(guān)節(jié)，用于完成肢體動作； 所述語音模塊包括語音輸入模塊，語音識別模塊和語音輸出模塊，語音輸入模塊使用麥克風(fēng)采集環(huán)境的音頻信號；語音識別模塊將人的說話內(nèi)容轉(zhuǎn)化為文本；語音輸出模塊將音頻通過音箱進(jìn)行播放； 所述傳感模塊，包括用于人體檢測的傳感器、航跡推算的傳感器、障礙物檢測的傳感器，以及聲音和圖像采 集模塊； 所述無線通訊模塊，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述示教模塊包括在線示教模塊和離線示教模塊， 所述在線示教模塊，通過遙控操作或者是推著機(jī)器人本體移動到導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位姿；記錄下當(dāng)前的位姿值，并保存所有位姿點(diǎn)； 所述離線示教模塊，通過創(chuàng)建導(dǎo)覽環(huán)境的地圖，從地圖上選取導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位置的坐標(biāo)以及編輯該坐標(biāo)下機(jī)器人本體的航向角并保存所有位姿點(diǎn)； 所述導(dǎo)覽環(huán)境的地圖為電子地圖，通過鼠標(biāo)獲取地圖上某個(gè)點(diǎn)在實(shí)際環(huán)境中的坐標(biāo)；所述導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位姿為需要進(jìn)行講解的位置坐標(biāo)和航向角或者是為了控制導(dǎo)覽路線的過程坐標(biāo)和移動方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述任務(wù)編輯模塊包括: 位姿選擇模塊，從示教模塊采集回來的位姿中，選擇所需的位姿； 位姿排序模塊，按照路線達(dá)到的先后次序進(jìn)行排序生成位姿序列； 位姿編輯模塊，對所選位姿進(jìn)行修改和特征編輯； 指令編輯模塊，根據(jù)位姿序列生成移動腳本語言，控制機(jī)器人本體的移動路線，用機(jī)器人腳本指令描述機(jī)器人本體在每一個(gè)位姿上的行為，生成和保存導(dǎo)覽文件任務(wù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控模塊由遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和無線通訊模塊組成，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和機(jī)器人本體通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過發(fā)送腳本指令控制機(jī)器人行為，對機(jī)器人本體進(jìn)行操作，控制機(jī)器人本體的動作、表情、展示內(nèi)容和說話內(nèi)容；同時(shí)查看機(jī)器人本體當(dāng)前所處的狀態(tài)、機(jī)器人本體攝像頭采集到的圖像、麥克風(fēng)采集到的音頻、以及避障傳感器狀態(tài)，一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)機(jī)器人本體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述定位和位姿校正模塊通過電子羅盤和碼盤推算機(jī)器人本體的位姿；或者通過外部傳感設(shè)備構(gòu)建一個(gè)校正區(qū)域，當(dāng)機(jī)器人本體進(jìn)入校正區(qū)域時(shí)校正機(jī)器人本體的航向角和坐標(biāo)，其具體為:已知該校正區(qū)域在機(jī)器人本體導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位姿，在該區(qū)域內(nèi)安裝傳感器獲取機(jī)器人本體在校正區(qū)域內(nèi)的相對位姿，并最終轉(zhuǎn)換為機(jī)器人本體自身在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位姿。
7.基于權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的導(dǎo)覽解說方法，其特征在于，包括下述步驟: 51、根據(jù)導(dǎo)覽任務(wù)的要求，確定導(dǎo)覽路線； 52、通過示教模塊，進(jìn)行在線示教或者是離線示教，采集導(dǎo)覽路線上關(guān)鍵的位置； 53、在任務(wù)編輯模塊中利用機(jī)器人腳本語言描述機(jī)器人本體在導(dǎo)覽過程中經(jīng)過的關(guān)鍵位置，并設(shè)定在到達(dá)關(guān)鍵位置或去往關(guān)鍵位置過程中的動作，并將所述的腳本語言保存為任務(wù)文件； 54、選擇所需的任務(wù)文件，由導(dǎo)覽模塊對任務(wù)文件進(jìn)行解析，機(jī)器人本體按導(dǎo)覽文件要求的行為，依次到達(dá)關(guān)鍵位置并完成指定的行為，在導(dǎo)覽過程中和導(dǎo)覽完成回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人本體通過定位和位姿校正模塊校正機(jī)器人本體的位姿。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導(dǎo)覽解說方法，其特征在于，步驟S2中，在線示教的步驟為: 5211、 通過遙控操作或者是推著機(jī)器人本體移動到導(dǎo)覽路線上的關(guān)鍵位姿，機(jī)器人本體在移動過程中推算出位姿； 5212、通過外部信號的方式通知機(jī)器人本體記錄當(dāng)前的位姿值，示教模塊記錄當(dāng)前的位姿； 5213、重復(fù)步驟S212，直到所有的位姿點(diǎn)都記錄完畢； 5214、將所有的位姿點(diǎn)保存為位姿文件； 所述離線示教的步驟為: 5221、創(chuàng)建導(dǎo)覽環(huán)境的地圖，繪制導(dǎo)覽環(huán)境的平面圖紙或者是繪制分辨率滿足機(jī)器人本體導(dǎo)覽精度的圖片； 5222、用鼠標(biāo)在地圖上取坐標(biāo)點(diǎn)，并設(shè)置在該坐標(biāo)點(diǎn)上機(jī)器人本體的航向角，記錄當(dāng)前的位姿； 5223、重復(fù)步驟S222，直到所有的位姿點(diǎn)都記錄完畢； 5224、將所有的位姿點(diǎn)保存為位姿文件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導(dǎo)覽解說方法，其特征在于，步驟S3中，任務(wù)編輯的步驟為: 531、導(dǎo)入位姿文件，并對位姿按導(dǎo)覽路線進(jìn)行排序，生成位姿序列； 532、根據(jù)需要對位姿進(jìn)行編輯，并設(shè)置位姿點(diǎn)的特征； 533、由系統(tǒng)根據(jù)位姿序列和位姿特征自動生成腳本語言； 534、指令編輯，生成導(dǎo)覽講解所需要的動作指令； 535、將所有指令保存為導(dǎo)覽任務(wù)文件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導(dǎo)覽解說方法，其特征在于，步驟S4中，導(dǎo)覽的步驟為:S411、選擇需要的導(dǎo)覽任務(wù)文件； S412、由腳本語言解析模塊對導(dǎo)覽任務(wù)進(jìn)行解析，并通過行為執(zhí)行模塊去完成指令對應(yīng)的行為，一直執(zhí)行完導(dǎo)覽任務(wù)； 所述定位和位姿校正的步驟為: S421、根據(jù)導(dǎo)覽環(huán)境和機(jī)器人本體導(dǎo)航誤差的累積程度，確定位姿校正區(qū)域的個(gè)數(shù)以及安放的位置，并設(shè)定校正區(qū)域在導(dǎo)覽環(huán)境中的相對位姿； S422、機(jī)器人本體在移動過程中實(shí)時(shí)推算自身的位姿，當(dāng)進(jìn)入校正區(qū)域時(shí)，獲取機(jī)器人本體在校正區(qū)域的位姿，通過校正區(qū)域在導(dǎo)覽環(huán)境中的位姿換算出機(jī)器人本體在導(dǎo)覽環(huán)境中的位姿，并將機(jī)器 人本體當(dāng)前的位姿修改為經(jīng)過校正區(qū)域換算后的位姿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)覽解說服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其導(dǎo)覽解說方法，系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、示教模塊、任務(wù)編輯模塊、導(dǎo)覽模塊、監(jiān)控模塊以及定位和位姿校正模塊；機(jī)器人本體直接和人進(jìn)行交互完成導(dǎo)覽任務(wù)；示教模塊完成導(dǎo)覽路線關(guān)鍵位置的采集；任務(wù)編輯模塊根據(jù)導(dǎo)覽任務(wù)，使用機(jī)器人腳本語言編寫腳本文件來描述導(dǎo)覽任務(wù)；導(dǎo)覽模塊解析導(dǎo)覽任務(wù)并執(zhí)行，完成指定的任務(wù)；本發(fā)明的系統(tǒng)，能夠由只具備電腦操作知識的人員根據(jù)導(dǎo)覽的任務(wù)要求對機(jī)器人進(jìn)行示教，任務(wù)編輯，并控制機(jī)器人完成導(dǎo)覽任務(wù)。同時(shí)系統(tǒng)提供簡便的方式讓用戶自定義機(jī)器人的導(dǎo)覽功能，達(dá)到了降低導(dǎo)覽服務(wù)機(jī)器人的開發(fā)難度和用戶的使用難度，進(jìn)一步推動了服務(wù)機(jī)器人在社會生活中的普及。
文檔編號G09F25/00GK103226924SQ201310126009
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者馬瓊雄, 招子安, 吳少彬, 陳偉華, 陳月軍 申請人:華南理工大學(xué)廣州學(xué)院