本發(fā)明屬于智能機器人領(lǐng)域，尤其涉及一種智能機器人跟隨方法、跟隨系統(tǒng)及用于跟隨的發(fā)射裝置。

背景技術(shù)：

智能機器人被越來越多的應(yīng)用于陪伴與交互中。在智能機器人與用戶進行交互時，用戶往往不能一直保持在一個地點不運動，這種情況下對交互提出了更高的要求。

一方面，假設(shè)用戶在與智能機器人進行語音交互的過程中遠離智能機器人，如果智能機器人不能跟隨用戶的運動，用戶可能就無法收到機器人的多模態(tài)反饋，或者機器人無法正確接收用戶的多模態(tài)輸入信息而做出相應(yīng)的反饋。另一方面，如果在交互過程中智能機器人距離用戶過近，也容易造成體驗不佳。因此如何保持智能機器人與用戶交互過程中的適當(dāng)距離成為一個亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種用于保持智能機器人在與用戶的交互過程中的距離的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請的實施例首先提供了一種智能機器人跟隨方法，包括：利用安裝在智能機器人上的接收裝置獲取超聲波測距信號；根據(jù)三角定位法利用所述超聲波測距信號確定智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離；根據(jù)所述實時距離生成并輸出使智能機器人對目標(biāo)進行跟隨的多模態(tài)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述實時距離生成并輸出使智能機器人對目標(biāo)進行跟隨的多模態(tài)數(shù)據(jù)，包括不斷比較所述智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離與預(yù)設(shè)的距離閾值，當(dāng)所述實時距離大于所述距離閾值時，驅(qū)動智能機器人運動以靠近被跟隨目標(biāo)；當(dāng)所述實時距離小于等于所述距離閾值時，停止驅(qū)動智能機器人運動。

優(yōu)選地，所述利用安裝在智能機器人上的接收裝置獲取超聲波測距信號，包括：利用安裝在智能機器人上的接收裝置接收紅外同步信號；以所述紅外同步信號作為計時起始點測量接收到超聲波信號的時間；根據(jù)超聲波的傳播速度與所述接收到超聲波信號的時間計算發(fā)射所述超聲波信號的發(fā)射裝置與安裝在智能機器人上的接收裝置之間的距離。

優(yōu)選地，發(fā)射所述超聲波信號的發(fā)射裝置與安裝在智能機器人上的接收裝置之間的距離包括發(fā)射裝置與接收裝置內(nèi)第一接收點之間的第一距離和發(fā)射裝置與接收裝置內(nèi)第二接收點之間的第二距離。

優(yōu)選地，根據(jù)如下式所示的三角定位法確定智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離：

其中，T表示智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離，A為發(fā)射裝置與接收裝置內(nèi)第一接收點之間的第一距離，B為發(fā)射裝置與接收裝置內(nèi)第二接收點之間的第二距離，K為第一接收點與第二接收點之間的間距。

本申請的實施例還提供了一種智能機器人跟隨系統(tǒng)，包括：測距模塊，其利用安裝在智能機器人上的接收裝置獲取超聲波測距信號；定位模塊，其根據(jù)三角定位法利用所述超聲波測距信號確定智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離；跟隨模塊，其根據(jù)所述實時距離生成并輸出使智能機器人對目標(biāo)進行跟隨的多模態(tài)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述跟隨模塊不斷比較所述智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離與預(yù)設(shè)的距離閾值，當(dāng)所述實時距離大于所述距離閾值時，驅(qū)動智能機器人運動以靠近被跟隨目標(biāo)；當(dāng)所述實時距離小于等于所述距離閾值時，停止驅(qū)動智能機器人運動。

優(yōu)選地，所述測距模塊根據(jù)以下步驟獲取超聲波測距信號：利用安裝在智能機器人上的接收裝置接收紅外同步信號；以所述紅外同步信號作為計時起始點測量接收到超聲波信號的時間；根據(jù)超聲波的傳播速度與所述接收到超聲波信號的時間計算發(fā)射所述超聲波信號的發(fā)射裝置與安裝在智能機器人上的接收裝置之間的距離。

另一方面，提供了一種用于智能機器人跟隨方法的發(fā)射裝置，安裝于被跟隨的目標(biāo)上，包括：超聲波發(fā)射單元，以設(shè)定的頻率向智能機器人發(fā)射超聲波信號；紅外發(fā)送單元，與所述超聲波發(fā)射單元發(fā)射超聲波信號同時生成并發(fā)射紅外同步信號。

優(yōu)選地，所述紅外同步信號的頻率大于其中A為發(fā)射裝置與接收裝置內(nèi)第一接收點之間的第一距離，B為發(fā)射裝置與接收裝置內(nèi)第二接收點之間的第二距離。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點或有益效果：

通過采用超聲波測距和三角定位法相結(jié)合的方式獲取被跟隨的目標(biāo)與智能機器人之間的實時距離，并通過對實時距離進行判斷來確定智能機器人是否需要進行位置調(diào)整，使得智能機器人在與用戶的交互過程中可以保持適當(dāng)?shù)木嚯x，提高交互體驗。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本申請的技術(shù)方案或現(xiàn)有技術(shù)的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分。其中，表達本申請實施例的附圖與本申請的實施例一起用于解釋本申請的技術(shù)方案，但并不構(gòu)成對本申請技術(shù)方案的限制。

圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的智能機器人跟隨方法的流程示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的三角定位法的原理示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的智能機器人跟隨方法的流程示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的智能機器人跟隨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成相應(yīng)技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。本申請實施例以及實施例中的各個特征，在不相沖突前提下可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

第一實施例：

為了使智能機器人在與用戶的交互過程中維持適當(dāng)?shù)木嚯x，本發(fā)明的實施例中首先提出一種智能機器人跟隨方法，其流程示意圖如圖1所示，該方法包括以下步驟：

步驟S110、利用安裝在智能機器人上的接收裝置獲取超聲波測距信號。

步驟S120、根據(jù)三角定位法利用超聲波測距信號確定智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離。

步驟S130、根據(jù)實時距離生成并輸出使智能機器人對目標(biāo)進行跟隨的多模態(tài)數(shù)據(jù)。

具體的，在本發(fā)明實施例中的智能機器人上安裝有超聲波接收裝置，在步驟S110中，利用超聲波接收裝置來接收超聲波測距信號。

超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢的特點。超聲波在介質(zhì)中傳播時，能夠傳播較遠的距離，基于上述特性，超聲波被經(jīng)常應(yīng)用于距離測量中。利用超聲波測速往往比較迅速、方便，且容易實現(xiàn)實時測量。

超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，這一速度已經(jīng)完全能夠滿足智能機器人在與用戶進行交互的過程中測距的需要。

進一步地，本發(fā)明實施例中智能機器人上所安裝的超聲波接收裝置如圖2所示。本發(fā)明實施例中的接收裝置包含兩個接收點，接收點1和接收點2相距一定的距離設(shè)置，兩個接收點分別接收安裝在目標(biāo)(例如用戶)上的發(fā)射裝置發(fā)射的超聲波信號。

接下來，在步驟S120中，根據(jù)接收點1和接收點2接收到的超聲波測距信號確定智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離，在本發(fā)明的實施例中，采用三角定位法來獲取智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離。

具體的，如圖2所示，當(dāng)發(fā)射裝置開始發(fā)射超聲波信號時，接收點1和接收點2分別開始計時，假設(shè)接收點1接收到發(fā)射裝置發(fā)射的超聲波信號的時間為t1，接收點2接收到發(fā)射裝置發(fā)射的超聲波信號的時間為t2，則根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度，可以得到發(fā)射裝置與接收點1之間的第一距離，記為A，如表達式(1-1)所示，發(fā)射裝置與接收點2之間的第二距離，記為B，如表達式(1-2)所示，

A＝V*t1(1-1)

B＝V*t2(1-2)

式中，V表示超聲波在空氣中的傳播速度，V＝340m/s。

可以看出，在本發(fā)明實施例中，獲取的發(fā)射超聲波信號的發(fā)射裝置與安裝在智能機器人上的接收裝置之間的距離包括兩個距離，分別為發(fā)射裝置與接收裝置內(nèi)的接收點1之間的第一距離A和發(fā)射裝置與接收裝置內(nèi)接收點2之間的第二距離B。

在圖2中，基于接收點1、接收點2和發(fā)射裝置三點所在的平面建立直角坐標(biāo)系，如圖2所示，以接收點1和接收點2所在直線為x軸，以發(fā)射裝置至接收點1和接收點2的連線的垂直距離所在的直線為y軸建立直角坐標(biāo)系。

假設(shè)接收點1與接收點2之間的安裝距離為K，則由接收點1、接收點2和發(fā)射裝置三個點共同組成三角形，且三角形的三個邊的長度均為已知，如圖2所示。

進一步地，分別設(shè)接收點1的坐標(biāo)為(x₁，y₁)，則由安裝距離K可知，接收點2的坐標(biāo)可以表示為(x₁+K，y₁)，設(shè)發(fā)射裝置的坐標(biāo)為(x₂，y₂)，記三角形的三條邊的邊長分別為A、B和C，則A＝V*t1，B＝V*t2，C＝K，T為發(fā)射裝置至接收點1和接收點2的連線的垂直距離，且設(shè)T＞0。下面利用上述條件求解三角形來獲取T的表達式。

在圖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)

通過表達式(2-1)和(2-2)推導(dǎo)出：

T如表達式(4)所示：

在圖2所示的直角坐標(biāo)系中，有y₂＝T，y₁＝0，x₂＝0，則得到

根據(jù)表達式(4)和(6)得到：

在表達式(7)中，A與B可以利用超聲波測距，并由表達式(1-1)和(1-2)來獲取，K為接收點1和接收點2之間的確定的距離，因此根據(jù)表達式(7)能夠求得發(fā)射裝置至接收點1和接收點2的連線的垂直距離T。

距離T可以用于表示用戶與智能機器人之間的位置關(guān)系，以T作為智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離。

需要說明的是，為了獲得較準(zhǔn)確的智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離，在安裝接收點1和接收點2時，最好使接收點1和接收點2安裝在同一水平面上。

在步驟S130中，不斷比較智能機器人與被跟隨目標(biāo)(用戶)之間的實時距離與預(yù)設(shè)的距離閾值。

當(dāng)實時距離T的值大于距離閾值時，說明此時智能機器人離用戶的距離較遠，可能會影響到智能機器人與用戶之間的交互過程，所以，驅(qū)動智能機器人運動以靠近用戶。

當(dāng)實時距離T的值小于等于距離閾值時，說明此時智能機器人離用戶的距離在需求的范圍內(nèi)，不會影響到智能機器人與用戶之間的交互過程，所以，不需要驅(qū)動智能機器人運動。

本發(fā)明實施例的智能機器人跟隨方法，采用超聲波測距和三角定位法相結(jié)合的方式獲取被跟隨的目標(biāo)與智能機器人之間的實時距離，并通過對實時距離進行判斷來確定智能機器人是否需要調(diào)整位置，使得智能機器人在與用戶的交互過程中可以保持適當(dāng)?shù)木嚯x，提高交互體驗。

第二實施例：

在采用超聲波測距時，兩個接收點分別接收由發(fā)射裝置發(fā)射的超聲波信號。理想的情況下，在發(fā)射裝置端發(fā)射了超聲波信號后，接收點1和接收點2同時開始計時，這樣才能保證根據(jù)表達式(1-1)和(1-2)計算得到的第一距離A和第二距離B準(zhǔn)確，同時保證第一距離A和第二距離B的相對距離準(zhǔn)確。

在本實施例中，采用紅外信號作為同步信號來解決上述問題。

具體的，接收點1和接收點2在接收由發(fā)射裝置發(fā)射的超聲波信號之前，先接收一個紅外信號作為同步信號。接收點1和接收點2分別以該紅外同步信號作為計時起始點測量接收到超聲波信號的時間，分別測量得到t1和t2，再根據(jù)超聲波的傳播速度與接收到超聲波信號的時間計算發(fā)射裝置與接收點1之間的第一距離A和發(fā)射裝置與接收點2之間的第二距離B。

基于紅外同步信號對目標(biāo)進行跟隨的智能機器人跟隨方法的流程示意圖如圖3所示。

紅外信號在空氣中的傳播速度等于光速，即為3×10⁸m/s。該速度遠遠大于超聲波的傳播速度，且當(dāng)傳播距離較短時，紅外信號的傳播時間可以忽略不計。因此，只要使發(fā)射裝置端在發(fā)射紅外信號的同時發(fā)送超聲波信號，而在接收點1和接收點2處在接收到紅外信號的同時開始計時，就能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射裝置和接收點1和接收點2之間的同步。

另外，需要說明的是，紅外信號的固定時鐘應(yīng)滿足大于以保證紅外信號能夠正確的被接收。

在本發(fā)明的實施例中，通過采用紅外信號作為接收點接收超聲波信號的計時起點，使得測量并計算得到的第一距離A和第二距離B更加符合實際情況，提高了測距的精度，進而有利于提高智能機器人對用戶進行跟隨的及時性與跟隨的準(zhǔn)確性，降低跟隨的誤操作。

第三實施例：

本實施例中，提出一種用于生成紅外同步信號的發(fā)射裝置。

發(fā)射裝置可被安裝在被跟隨的目標(biāo)(用戶)上，該發(fā)射裝置主要包括超聲波發(fā)射單元和紅外發(fā)送單元。

其中，超聲波發(fā)射單元主要用于以設(shè)定的頻率向智能機器人發(fā)射超聲波信號。

紅外發(fā)送單元，與超聲波發(fā)射單元相連接，在紅外發(fā)送單元與超聲波發(fā)射單元傳輸一個本地的同步信號來使得紅外發(fā)送單元與超聲波發(fā)射單元同步動作。當(dāng)超聲波發(fā)射單元發(fā)射超聲波信號時，使紅外發(fā)送單元同時生成并發(fā)射紅外同步信號。

根據(jù)第二實施例可知，紅外信號在空氣中的傳播速度等于光速，遠遠大于超聲波信號的傳播速度，且當(dāng)傳播距離較短時，紅外信號的傳播時間可以忽略不計，因此可以認為在智能機器人端的接收點1和接收點2在紅外信號發(fā)射的同時即接收到該紅外信號，接收點1和接收點2以該紅外信號作為超聲波信號的計時起點。

而在發(fā)射裝置端，由于本地同步信號的作用，紅外同步信號與超聲波信號的發(fā)射同步，進而可以認為，接收點1和接收點2的計時起點即為超聲波信號的真實發(fā)射時間。

需要注意的是，紅外發(fā)送單元發(fā)射紅外信號的固定時鐘應(yīng)滿足大于以保證紅外信號能夠正確的被接收。

在本發(fā)明實施例中，通過在發(fā)射裝置中設(shè)置超聲波發(fā)射單元與紅外發(fā)送單元，實現(xiàn)了超聲波信號的發(fā)射與紅外信號的發(fā)射的同步，通過采用紅外信號作為接收點接收超聲波信號的計時起點，使得測量并計算得到的第一距離A和第二距離B更加符合實際情況，提高了測距的精度，進而有利于提高智能機器人對用戶進行跟隨的及時性與跟隨的準(zhǔn)確性，降低跟隨的誤操作。

第四實施例：

圖4為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的智能機器人跟隨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，該跟隨系統(tǒng)包括：

測距模塊41，其利用安裝在智能機器人上的接收裝置獲取超聲波測距信號。

定位模塊42，其根據(jù)三角定位法利用超聲波測距信號確定智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離。

跟隨模塊43，其根據(jù)實時距離生成并輸出使智能機器人對目標(biāo)進行跟隨的多模態(tài)數(shù)據(jù)。

進一步地，跟隨模塊43不斷比較智能機器人與被跟隨目標(biāo)之間的實時距離與預(yù)設(shè)的距離閾值，當(dāng)實時距離大于距離閾值時，驅(qū)動智能機器人運動以靠近被跟隨目標(biāo)。當(dāng)實時距離小于等于距離閾值時，停止驅(qū)動智能機器人運動。

測距模塊41利用安裝在智能機器人上的接收裝置接收紅外同步信號，并以紅外同步信號作為計時起始點測量接收到超聲波信號的時間。再根據(jù)超聲波的傳播速度與接收到超聲波信號的時間計算發(fā)射裝置與安裝在智能機器人上的接收裝置之間的距離。

上述功能模塊更具體的功能，可參考第一實施例和第二實施例中各方法步驟的操作獲得，此處不再贅述。

在本實施例中，通過利用超聲波到達不同接收點的時差的技術(shù)來實現(xiàn)對被跟隨目標(biāo)點的位置的預(yù)測，通過保持相當(dāng)?shù)木嚯x，實現(xiàn)了智能機器人的跟隨系統(tǒng)，有利于提高智能機器人在與用戶進行交互時的交互體驗。

雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。