CN103901856A - 用于远程控制机器人的方法以及机器人化身网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于远程控制机器人的方法，用户远程控制作为用户化身的机器人大范围运动以探寻远方环境，其中，多个用户在服务器上预约在不同时段对机器人化身进行远程控制，当用户发出连接邀请信令时，服务器根据所存储的预约信息判断用户是否已对指定机器人化身进行了预约，在已预约的情况下，服务器帮助在用户的智能设备与机器人化身之间建立连接；根据预约信息，智能设备与机器人化身之间的连接在一定时间后被自动断开，从而其他的用户有机会控制机器人化身。本发明还涉及一种机器人化身网络。本发明使得能够提高多用户对多化身的机器人化身网络的使用效率，并避免多用户的冲突并降低安全风险，从而减少大量人的出行以有助于低碳环保。

Description

用于远程控制机器人的方法以及机器人化身网络

技术领域

本发明涉及一种用于远程控制机器人的方法，并涉及一种机器人化身网络。 

背景技术

随着动力技术与信息技术的发展与融合，信息物理融合系统(Cyber Physical System)得到越来多的应用。移动机器人网络就是一种具有代表性的信息物理融合系统。当多个可移动的机器人作为人的化身联入通信网络时，机器人化身网络形成了。多个用户通过智能设备经由通信网络远程控制机器人化身以探索远方的机器人所处的环境。智能设备可以是智能手机、平板电脑或个人电脑。远方环境的视频信息被机器人化身传输到用户的智能手机并被显示在手机屏幕上，用户可以通过智能手机发送控制数据来控制机器人化身大范围移动，由智能手机触摸屏产生的触觉数据可以被转换成机器人的控制数据。 

机器人化身网络可以被用于艺术品展示，用户可以足不出户在家中通过智能手机或平板电脑远程控制位于艺术品展厅中的机器人，并使得机器人围绕诸如雕塑的艺术品运动，机器人摄像模块将所获取的视频信息实时传输到用户的智能手机或平板电脑上。由此，用户可以获得比艺术品照片更多的信息，从而为后续的艺术品交易打下基础。相比于对艺术品的360度全景摄像，机器人化身能够提供更真实的艺术品信息，而且用户可以通过控制机器人从各个角度观察艺术品，甚至可以连续观察艺术品展厅内的多件艺术品。在这里，大量用户期望远程控制艺术品展厅内数量有限的机器人。 

机器人化身网络还有其他可能的应用。人们足不出户就可以利用 机器人化身完成很多事情。由于大量减少了人的出行，机器人化身网络既减少了交通拥堵，又节约了能源，还减少了二氧化碳排放保护了环境。 

公开号为20100076600的美国专利申请提及一种可远程控制的机器人。该专利申请利用现有的点到点(P2P)的VoIP技术传输视频信息，将控制信息编码在语音信号中。机器人可以由家庭购买，并由家庭成员远程控制。在建立用户与机器人之间的连接过程中，服务器仅验证用户身份以及机器人化身是否在线。单个用户只能远程控制很少数量的机器人化身。机器人化身使用效率低。由于采用现有的VoIP协议，虽然较容易实现远程控制与视频传输，但是在建立连接阶段不易修改现有的信令以提高效率。 

公开号为20140071291的美国专利申请提及一种用于传输视频数据和触觉数据的方法以及一种作为化身的视频采集装置。该专利申请借助P2P技术利用服务器在可联入互联网的计算机与可联入互联网的可运动的视频采集装置之间建立用于传输视频数据的第一信道和用于传输触觉数据的第二信道。在此全文引入作为参考。由于通过SOCKET从低层实现P2P技术，在建立连接阶段可以对信令进行改进以提高机器人化身的效率。 

现实中经常通过预约来提高有限资源的使用效率。病人可以打电话给诊所进行预约，但是，不利的是，预约的确认是通过诊所工作人员人工地完成。谷歌(GOOGLE)公司的日历(Calendar)在线软件也具有预定会议室的功能，想预定会议室的用户可以查看会议室的预定情况，如果发现会议室空闲的时段，用户可以预定会议室在该时段的使用权。但是，不利的是，在会议室的实际使用过程中，上一时段预定会议室的人经常延长占用会议室的时间，从而下一时段预定会议室的人无法使用会议室，因此难以避免在资源使用上的冲突。 

对于现有的机器人化身网络，存在提高使用效率的需求，并应尽可能减少人工费用并避免冲突。 

发明内容

有鉴于此，本发明的任务是提供一种用于远程控制机器人的方法和一种机器人化身网络，以形成高效率的、多用户对多机器人的机器人化身网络，并且尽可能避免冲突。 

该任务通过具有权利要求1所述特征的方法和具有权利要求9所述特征的机器人化身网络来解决。 

在本发明的方法方面，本发明的思想是，机器人被用作用户的化身，从机器人化身经由通信网络向用户的智能设备传输视频数据，用户通过智能设备经由通信网络向机器人化身传输控制数据，用户远程控制机器人化身大范围运动以探寻远方环境，在所述通信网络中存在服务器，本发明方法包括以下步骤：多个用户在服务器上预约在不同时段对机器人化身进行远程控制；用户通过智能设备经由服务器向机器人化身发出连接邀请信令；服务器判断该用户是否已预约当前时段；在已预约当前时段的情况下，服务器帮助在智能设备与机器人化身之间建立连接；在建立连接后，在用户的智能设备与机器人化身之间经由通信网络传输视频数据和控制数据；根据预约信息，智能设备与机器人化身之间的连接在一段时间后被自动地中断，从而别的用户有机会远程控制机器人化身。 

所述用户的智能设备可以是用户可随身携带的智能手机或平板电脑，也可以用户的个人电脑或笔记本电脑。 

所述预约信息可以是时间段，如19点到20点的时间段，也可以连接的持续时间，如34分钟。由于用户可以预约多个连续时间段，并且用户可能在预约时段开始后经过几分钟才发出连接请求，所以连接的持续时间是不固定的。 

相比于在家庭中使用的机器人以及利用VoIP协议(VoIP协议仿照电话的使用来实现，不包含对设备的预约机制)的可联网的机器人，本发明方法提高了作为用户化身的机器人的使用效率，多个用户可以在不同时段远程控制机器人，而且上一用户在预约时段到期 后不会继续占用机器人，在下一时段进行了预约的用户可以远程控制机器人，从而避免了冲突。 

相比于目前的诊所预约或会议室预约，本发明方法减少人工干预，从而降低成本。此外，本发明方法有效避免了传统预约方式中资源占用冲突。 

在本发明的一个改进方案中，服务器在建立连接过程中传输预约信息给智能设备，根据预约信息，智能设备自动依照准则在一段时间后断开连接，所述准则可以是在预约时段到期前一分钟断开。 

在本发明的另一个改进方案中，服务器在建立连接过程中传输预约信息给机器人化身，根据预约信息，机器人化身自动依照准则在一段时间后断开连接。 

在本发明的又一实施方案中，在用户进行预约后，提示用户预约成功。提示方式可以是短信，也可以是即时信息，如微信或WhatsApp的信息。 

由于用户都是在服务器上注册过的用户。若遇到用户信息被盗用，当不明身份的人借用注册用户信息进行预约时，注册用户可以及时发现，取消预约。这样一来，极大降低安全风险。而且提示机制使得机器人的使用情况被准确记录在服务器中，机器人化身所处远方环境中的人可以了解哪些用户远程控制过机器人化身，从而不必担心机器人化身被滥用。 

在本发明的装置方面，本发明涉及一种机器人化身网络，所述机器人化身网络包括多个作为用户化身的机器人，其中，机器人化身网络中的一个机器人可以被多个用户选择，按照如权利要求1所述的方法被预约以使得多个用户能够探索机器人所处的环境。 

相比于家庭购买的用于远程控制的机器人，用户获得了远程控制大量机器人的机会。 

在本发明的一个改进方案中，所述机器人化身网络中的机器人被布置在多个艺术品展厅或博物馆中。 

本发明的其他优点可以从下面的具体实施例中得到。 

附图说明

下面参考附图根据实施例更详细地描述本发明。在所述附图中： 

图1示出了多用户对多化身的机器人化身网络的结构； 

图2示出了完整的根据本发明方法的过程。 

具体实施方式

图1示出了多用户对多化身的机器人化身网络的结构。机器人化身网络包括多个可联入互联网作为用户化身的机器人3、多个由用户随身携带的智能手机2、位于互联网上具有公网IP地址的服务器1和通信网络4。所述通信网络4可以是互联网和有线局域网、无线局域网的组合。在地球上可联入互联网的地方，在服务器4上注册过的用户都可以通过随身携带的智能手机2或平板电脑来远程控制机器人化身3大范围运动，从而探寻机器人化身3所处的环境。例如，德国的用户可以远程控制机器人化身3来观赏中国工艺品展厅内的精美瓷瓶，中国的用户可以远程控制机器人化身3来参观欧洲博物馆中的石雕。由于在机器人化身网络中存在大量的机器人化身3并机器人化身网络涉及大量的用户，所述服务器1对用户的智能手机2与机器人3的连接进行管理。 

作为用户化身的机器人3不是必须具有公网IP地址。机器人3可具有无线局域网的私网IP地址，通过无线网关联入互联网。机器人3包括视频输入单元31、用于处理视频数据和控制数据的计算单元32、用于根据控制数据进行大范围运动的机电单元33和用于传输视频数据和控制数据的通信单元(未示出)。 

所述机电单元33可视为机器人化身3的“脚”，机电单元33包含车轮、传动机构、用于驱动车轮的直流电动机、步进电机或伺服电机、用于控制电机的电力电子器件和作为动力源的蓄电池。电力电子器件例如可以从计算单元32接收PWM信号，根据PWM信号的占空比来确定直流电动机的转速或步进电机的转角，进而控制 车轮的速度。所述PWM信号根据控制数据加以生成。 

所述视频输入单元31可视为机器人化身3的“眼”，视频输入单元包含CCD摄像头或CMOS摄像头、视频采集卡、以及云台。视频采集卡例如可以通过PCI总线与计算单元相连接。计算单元可以给视频输入单元发送与视频采集相关的命令，如启动采集、放大、缩小。视频输入单元31可以配备有多个摄像头，以便采集多个角度的视频信息或者达到立体的效果。 

计算单元32处理与机器人化身的“脚”或“眼”相关的视频数据和控制数据，可以利用工控机或嵌入式计算机来实现。通信单元传输所述的视频数据和控制数据，可以利用无线网卡或3G上网卡来实现。来自视频输入单元31的视频信息被压缩并被划分成多个数据包，然后被发送给用户的智能手机。从智能手机发送过来的包含控制数据的数据包被接收并被处理。结合机器人自身传感器所获取的状态信息，计算单元31产生PWM信号并将其输入到机器人的机电单元以控制机器人大范围移动。 

在本实施例中，多个机器人化身3被布置在艺术品展厅中。机器人化身3可以对雕塑进行360度观察，并且可以从远处观察以及从近处观察，甚至可以通过调整视频输入单元31的焦距来查看雕塑的细节。 

多个机器人化身3可以被布置在同一个艺术品展厅中。当展厅中的一个机器人3在某一时段上被一个用户预约时，其他用户可以预约展厅中的其他机器人3来观察艺术品。 

多个机器人化身3也可以被布置在一个大区域内的多个艺术品展厅内，一个展厅可以展示木雕，而另一个展厅可以展示铜雕。用户可以通过预约不同的机器人3来观察不同展厅内的艺术品。 

多个机器人化身3也可以被布置在不同区域的多个艺术品展厅，在一个城市的工艺美术厂的展厅可以展示翡翠工艺品，而在另一个城市的工艺品厂的展厅可以展示铜雕工艺品。用户可以通过同一服务器平台远程控制位于不同城市的机器人化身3来观察不同艺术品。 

图2示出了根据本发明方法的序列图，所述序列图描述了本发明方法的流程，整个流程涉及图1中的机器人化身3、一个用户携带的智能手机21、另一个用户携带的智能手机22和位于公网上的服务器1。 

机器人化身3在上电后，应与服务器1进行通信，以便使得服务器获悉机器人化身3的地址信息。如果机器人化身3没有公网IP地址，应维持至少两条在机器人化身3与距它最近的具有公网IP地址的路由器之间的UDP通道，以便进行NAT(网络地址转换)。第一UDP通道被用于从机器人化身3向智能手机2传输视频数据，而第二UDP通道被用于从智能手机向机器人化身传输控制数据。如果机器人具有IPv6地址，则不需要维持UDP通道以进行NAT。 

为此，在步骤100处，机器人化身3通过发送包含注册信令和机器人信息(例如机器人的ID号或昵称)的数据包而在服务器上进行注册。机器人化身3可以定期重复发送注册信令。当需要维持UDP通道时，发送间隔小于或等于3分钟。 

服务器1在收到注册信令后在步骤200处回应用于确认的数据包给机器人化身3。机器人化身的地址信息和其他信息将被保存在服务器中。如果机器人化身之前进行过注册，则服务器更新机器人化身3的信息。 

实际上，图1中的多个机器人化身3在上电后都将与服务器进行通信，在服务器上存有多个机器人的注册信息。 

在世界各地的用户为了通过智能手机2经由通信网络4远程控制机器人化身3，应提前几天或数周进行预约。 

为此，在步骤300处，一个用户通过智能手机21对机器人3在下周一19点至20点的时间段进行预约。在步骤400处，另一个用户通过智能手机对机器人3在下周一20点至21点的时间段进行预约。除了通过智能手机，用户也可以通过登录位于服务器上的网站进行预约。 

在预约时，用户首先在手机屏幕或电脑屏幕上看到可选择的多个 机器人化身3(必要时还显示机器人所在的位置)，当用户选择一个机器人化身3后，用户可以看到该机器人化身3的预约情况，例如可以是本周或下周七天二十四小时的预约情况。已预约的时段可以是红色，未预约的时段可以是绿色。用户可以通过点击未预约的时段来进行预定，例如用户可以预约下周一从19点到20点的长为一个小时的时间段。用户可以点击多个连续的未预约的时段，从而可以在较长的时间段内有权远程控制机器人化身3。 

一旦处于携带智能手机21的用户所预约的时间段内，在步骤500处，该用户可以通过智能手机21向服务器1发送包含机器人信息和用户信息的连接邀请信令。根据用户信息和机器人信息，服务器1检查已存储的预约记录，并判断所述用户是否对于指定的机器人化身已预约当前时段。如果用户已预约了当前时段，则服务器1在步骤510处将用户的连接邀请信令转发给机器人化身3，必要时，如在应用NAT的情况下，还将用户所携带的智能手机21的地址信息也转发给机器人化身3。此外，在步骤600处，服务器1还将回传用于确认请求的数据包，所述数据包中包含机器人的地址信息以及预约信息。 

上述的步骤510与步骤600的次序可以相互调换。 

借助于来自服务器1的信息，在智能手机21与机器人化身3之间建立连接。对于应用NAT的情况，建立连接的细节可以参考公开号为20140071291的美国专利申请，在此全文引入作为参考。在建立连接后，在步骤700处，从智能手机21向机器人化身3传输控制数据，在步骤710处，从机器人化身3向智能手机21传输视频数据，用户通过智能手机21远程控制机器人3大范围移动以探寻远方环境。 

在用户远程控制机器人化身3的过程中，在步骤800处，根据从服务器1接收的预约信息，智能手机按一定时间间隔(例如30秒)检查预约时间是否到期，在预约时间即将期满时，在步骤810处，智能手机给服务器发送停止信令，并在步骤820处给机器人化身3 发送停止信令，从而使得在智能手机21与机器人化身3之间的连接断开。 

当然，在另一实施例中，断开连接可以由机器人3一方主导，所述机器人3在连接过程中从服务器获取到预约信息。 

在又一实施例中，断开连接也可以由服务器1来促成，服务器1给机器人3和智能手机21发出停止信令。 

在机器人化身3重新处于空闲状态之后，时间进入到携带智能手机22的用户所预约的时间段内，在步骤900处，该用户可以通过智能手机22向服务器1发送包含机器人信息和用户信息的连接邀请信令。根据用户信息和机器人信息，服务器1检查已存储的预约记录，并判断所述用户是否对于指定的机器人化身预约了当前时段。如果用户已预约了当前时段，则服务器1在步骤910处将用户的连接邀请信令转发给机器人化身3。此外，在步骤920处，服务器还将回传用于确认请求的数据包，所述数据包中包含机器人的地址信息以及预约信息。根据来自服务器的信息，在智能手机22与机器人3之间建立连接并传输数据，新一轮的远程控制开始，不过，现在机器人3作为位于不同地方的携带智能手机22的用户的化身。 

应当理解，上述实施例不是旨在限制本发明，而是旨在说明本发明。在不脱离本发明精神的范围内，本领域的技术人员可以进行多种修改与变更。在附带的权利要求中限定了本发明的保护范围。 

附图标记列表 

1  服务器 

2  智能设备 

3  机器人化身 

4  通信网络 

21 智能手机 

22 智能手机 

31 视频输入单元 

32 计算单元 

33 机电单元 。

Claims (10)

1.一种远程控制机器人的方法，其中，机器人被用作用户的化身，从机器人化身(3)经由通信网络(4)向用户的智能设备(2)传输视频数据，用户通过智能设备(2)经由通信网络(1)向机器人化身(3)传输控制数据，用户远程控制机器人化身(3)大范围运动以探寻远方环境，在所述通信网络(4)中存在服务器(1)，

其特征在于，

所述方法包括以下步骤：

多个用户在服务器(1)上预约在不同时段对机器人化身(3)进行远程控制；

用户通过智能设备(2)经由服务器(1)向机器人化身(3)发出连接邀请信令；

服务器(1)判断所述用户是否已预约当前时段；

在已预约当前时段的情况下，服务器(1)帮助在智能设备(2)与机器人化身(3)之间建立连接；

在建立连接后，在用户的智能设备(2)与机器人化身(3)之间经由通信网络(4)传输视频数据和控制数据；

根据预约信息，智能设备(2)与机器人化身(3)之间的连接在一段时间后被自动中断，从而别的用户有机会远程控制机器人化身(3)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述智能设备(2)是用户可随身携带的智能手机。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述方法还包括：服务器(1)在建立连接过程中传输预约信息给智能设备(2)，智能设备根据预约信息在一段时间后自动断开连接。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述方法还包括：服务器(1)在建立连接过程中传输预约信息给机器人化身(3)，机器人化身(3)根据预约信息在一段时间后自动断开连接。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

在用户完成预约后，通过发短信给用户手机来提示用户预约成功。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

在用户进行预约后，通过发即时消息给用户的智能手机来提示用户预约成功。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

如果对于一机器人化身(3)，多个用户想预约同一时段，则通过竞价来确定哪个用户有权在该时段远程控制机器人化身(3)。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述机器人化身(3)是无人机。

9.一种机器人化身网络，所述机器人化身网络包括多个作为用户化身的机器人，其中，机器人化身网络中的一个机器人化身(3)可以被多个用户选择，并按照如权利要求1所述的方法被预约，以使得多个用户能够探索机器人化身(3)所处的环境。

10.如权利要求9所述的机器人化身网络，其特征在于，

所述机器人化身网络中的机器人化身(3)被布置在多个艺术品展厅中，用户通过远程控制机器人化身(3)来观赏展厅中的艺术品。

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