CN107479560A - 一种控制方法及机器人 - Google Patents

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周金虎
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Abstract

本发明实施例涉及机器人领域，公开了一种控制方法及机器人。本发明中，控制方法应用于机器人，包括：根据接收到的运行指令的声源确定被测物体；向被测物体发射超声波；接收超声波回波；其中，超声波回波是超声波经被测物体反射后得到的回波；根据超声波回波确定用以表征被测物体的特征值，根据特征值判断被测物体是不是自然人；若确定被测物体为自然人，执行运行指令。本发明实施方式使得机器人在确定下达运行指令的主体是自然人后才执行运行指令，提高了机器人的安全性，有益于避免由于该机器人运行其他机器人下达的运行指令而导致自然人的人身安全、财产安全和生活环境受到威胁的情况。

Description

一种控制方法及机器人
技术领域
本发明实施例涉及机器人领域，特别涉及一种控制方法及机器人。
背景技术
随着科技的发展和进步，机器人的种类逐渐增多，使用也越来越广泛。机器人的小型化更是将机器人带入了人们的日常生活，为人们的日常生活带来了便利。例如，扫地机器人的出现将人们从繁琐的扫地和拖地中解脱，娱乐机器人的出现为人们缓解了精神上的疲劳。此外，机器人也越来越智能化。例如，聊天机器人能够越来越无障碍的与使用者进行对话，甚至可以在多种语言间进行切换。
然而，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：虽然机器人智能化程度有所提高，但是，机器人不能分辨给自己下指令的物体是有生命的自然人还是无生命的其他机器人。当其他机器人给该机器人下达运行指令时，该机器人仍会执行。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种控制方法及机器人，使得机器人在确定运行指令由自然人下达后，再执行运行指令，提高了机器人的安全性，有益于避免由于该机器人运行其他机器人下达的运行指令而导致自然人的人身安全、财产安全和生活环境受到威胁的情况。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种控制方法，包括以下步骤：
根据接收到的运行指令的声源确定被测物体；
向被测物体发射超声波；
接收超声波回波；其中，超声波回波是超声波经被测物体反射后得到的回波；
根据超声波回波确定用以表征被测物体的特征值，根据特征值判断被测物体是不是自然人；
若确定被测物体为自然人，执行运行指令。
本发明的实施方式还提供了一种机器人，包括：确定装置、发射装置、接收装置、分析装置和执行装置；
确定装置用于根据接收到的运行指令的声源确定被测物体；
发射装置用于向被测物体发射超声波；
接收装置用于接收超声波回波；其中，超声波回波是超声波经被测物体反射后得到的回波；
分析装置用于根据超声波回波确定用以表征被测物体的特征值，根据特征值判断被测物体是不是自然人；
执行装置用于若确定被测物体为自然人，执行运行指令。
本发明实施方式相对于现有技术而言，机器人在接收到运行指令时，根据发出运行指令的声源确定被测物体。机器人在确定被测物体后，向被测物体发出超声波。由于超声波与传声媒质的相互作用后，超声波回波会携带有关传声媒质状态的信息，所以超声波经被测物体反射后得到的回波中携带了关于被测物体的信息，由于自然人和机器人的组成成分完全不同，机器人通过分析超声波回波中携带的信息可以确定被测物体是否为自然人。在确定被测物体是自然人以后，机器人才会执行运行指令，提高了机器人的安全性，有益于避免由于该机器人运行其他机器人下达的运行指令而导致自然人的人身安全、财产安全和生活环境受到威胁的情况。
另外，根据超声波回波确定用以表征被测物体的特征值，具体包括：
对超声波回波进行分析，得到用以表征被测物体的特征值。
由于超声波回波中携带了被测物体的信息，对超声波进行分析，就可以得到超声波回波中携带的用以表征被测物体的特征值，根据该特征值确定被测物体是不是自然人，从而确定是否执行运行指令。
另外，根据超声波回波确定用以表征被测物体的特征值，具体包括：
根据超声波回波形成被测物体的图像，对图像进行分析，得到用以表征被测物体的特征值。
由于自然人和机器人的形态、组成存在很大区别，利用超声波拍摄到被测物体的图像也会存在很大区别。机器人对拍摄到的图像进行分析后可以确定被测物体是不是自然人，从而确定是否执行运行指令。
另外，对超声波回波进行分析，得到用以表征被测物体的特征值，具体包括：
将超声波回波转换为电信号，并发送到信号处理电路；其中，信号处理电路将电信号转换为数字信号；
获取数字信号中包含用以表征被测物体的特征值。
另外，对超声波回波进行分析，得到用以表征被测物体的特征值，具体包括：
根据超声波回波确定被测物体的回波时间；
根据回波时间确定超声波波速；
根据超声波波速确定特征值；其中，特征值为被测物体的弹性常数。
另外，根据接收到的运行指令的声源确定被测物体之前，控制方法还包括：
确定并记录机器人与自然人相距不同的距离所对应的参考特征值。
在机器人制造完成后或正式使用前，通过自学习确定并记录机器人与自然人在不同距离对应的参考特征值。机器人在判断被测物体是不是自然人时，是根据自学习获得的不同距离下的自然人的特征值为依据，从而避免了判断误差。
另外，根据特征值判断被测物体是不是自然人，具体包括：
确定被测物体与机器人的实际距离；判断特征值是否与记录的实际距离对应的参考特征值相同；若判定特征值与记录的实际距离对应的参考特征值相同，确定被测物体为自然人。
机器人在判断被测物体是不是自然人时，会检测被测物体与机器人的实际距离。机器人不需要将特征值与所有参考特征值进行比较，仅需要和实际距离对应的参考特征值进行比较即可，缩短了机器人的判断时间。
另外，分析装置具体用于：对超声波回波进行分析，得到用以表征被测物体的特征值，根据特征值判断被测物体是不是自然人。
另外，分析装置具体用于：根据超声波回波形成被测物体图像，对图像进行分析，得到用以表征被测物体的特征值，根据特征值判断被测物体是不是自然人。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明第一实施方式的控制方法的流程图；
图2是本发明第二实施方式的控制方法的流程图；
图3是本发明第三实施方式的机器人的结构示意图；
图4是本发明第四实施方式的机器人的结构示意图；
图5是本发明第五实施方式的机器人的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种控制方法，应用于机器人。具体流程如图1所示。
步骤101：根据接收到的运行指令的声源确定被测物体。
具体地说，在机器人接收到运行指令时，需要先根据运行指令的声源确定被测物体。
需要说明的是，在实际应用中，声源的定位方法可以是基于时延估计的声源定位方法，也可以是基于强度差异的定位方法，甚至可以是时延估计和强度差异联合定位方法。此处仅为举例说明，本实施方式不限制根据声源确定被测物体的方法。
例如，机器人内部设置有麦克风阵列，机器人利用麦克风阵列接收声信号，进行被动时延估计，然后结合时延信息和麦克风的几何分布信息估算出被测物体的位置。
步骤102：向被测物体发射超声波。
具体地说，在确定被测物体后，机器人向被测物体发射超声波。机器人发射超声波的方式可以是仅一个超声波发射端口发射一束超声波，也可以是多个超声波发射端口同时发射超声波。
步骤103：接收超声波回波；其中，超声波回波是超声波经被测物体反射后得到的回波。
具体地说，机器人发射的超声波在碰到被测物体后会反射回波，机器人接收反射后的超声波回波。由于超声波回波是经被测物体反射后得到的，所以超声波回波中携带了被测物体的信息。
步骤104：根据超声波回波确定用以表征被测物体的特征值。
具体地说，机器人接收到超声波回波后，对超声波回波进行处理，根据超声波回波中携带的信息得到用以表征被测物体的特征值。
需要说明的是，根据超声波回波确定用以表征被测物体的特征值的方式可以是根据超声波回波形成被测物体的图像，对图像进行分析，得到用以表征被测物体的特征值。具体地说，机器人可以使用超声波成像技术拍摄被测物体的图像，由于自然人和机器人的差异很大，所以拍摄自然人得到的图像和拍摄机器人得到的图像不同，使用图像处理技术从图像中得到用以表征被测物体的特征值也不同。其中，特征值可以是图像的灰暗度对比值、光点分布均匀度等。
需要说明的是，根据超声波回波确定用以表征被测物体的特征值的方式还可以是对超声波回波进行分析，得到用以表征被测物体的特征值。
机器人将超声波回波转换为电信号，并发送到信号处理电路；其中，信号处理电路将电信号转换为数字信号；获取数字信号中包含的用以表征被测物体的特征值。具体地说，机器人内部的超声波接收电路的接收传感器通过压电转换的原理，将由被测物体返回的超声波回波信号转换为电信号。由于电信号的幅度较小，需要将电信号发送到信号处理电路。信号处理电路对电信号进行放大和滤波处理，得到一个幅度更大、干扰成分较少的电信号后，通过模数转换电路进行模数转换，得到数字信号。机器人获得数字信号后，通过频域能量、数字信号经过离散余弦变换或小波变换后的系数提取数字信号中的特征值。
需要说明的是，机器人还可以通过采用其他方式对超声波回波进行分析，举例说明如下。机器人将探头放在被测物体表面，由声速的直接测量方法或声速的相对测量方法确定被测物体的超声波回波时间，进一步确定纵波波速和横波波速。已知纵波波速和横波波速后，通过公式(1)可以确定被测物体的弹性常数——泊松系数。将被测物体的泊松系数作为被测物体的特征值。
公式(1)中，σ表示泊松系数，cL表示纵波波速，cS表示横波波速。
步骤105：根据特征值判断被测物体是不是自然人。
具体地说，由于自然人和机器人存在很大差异，自然人的特征值和机器人的特征值不同。所以，根据特征值可以判断被测物体是不是自然人。若判定被测物体是自然人，执行步骤106，若判断被测物体不是自然人，则结束该控制方法。
步骤106：执行运行指令。
具体地说，在机器人确定被测物体是自然人时，将执行接收到的运行指令。
值得一提的是，由于机器人只有在确定被测物体是自然人的前提下，才会执行运行指令，有效的避免了机器人由于执行其他机器人发出的运行指令而对自然人的人身安全、财产安全和生活环境造成伤害的情况。
与现有技术相比，本实施方式中提供的控制方法，机器人在接收到运行指令时，根据发出运行指令的声源确定被测物体。机器人在确定被测物体后，向被测物体发出超声波。由于超声波与传声媒质相互作用后，超声波回波会携带有关传声媒质状态的信息，所以超声波经被测物体反射后得到的回波中携带了关于被测物体的信息。自然人和机器人的组成成分完全不同，机器人通过分析超声波回波中携带的信息可以确定被测物体是否为自然人。在确定被测物体是自然人以后，机器人才会执行运行指令，提高了机器人的安全性，有益于避免由于该机器人运行其他机器人下达的运行指令而导致自然人的人身安全、财产安全和生活环境受到威胁的情况。
本发明的第二实施方式涉及一种控制方法，应用于机器人。本实施方式在第一实施方式的基础上做了进一步改进，具体改进之处为：在步骤101之前，增加了步骤200，并对第一实施方式的步骤105进行了细化，具体说明了步骤105。
具体的说，在本实施方式中，包含步骤200至步骤209，其中，步骤201至步骤204、步骤209分别与第一实施方式中的步骤101至步骤104、步骤106大致相同，此处不再赘述。下面主要介绍不同之处：
步骤200：确定并记录机器人与自然人相距不同的距离所对应的参考特征值。
具体地说，机器人在制造完成后或正式使用前，机器人先进行自学习。机器人自学习包括：在已知被测物体是自然人的情况下，测量自然人与机器人的距离，根据超声波回波确定用以表征自然人的特征值，将该距离下的自然人的特征值与距离对应地记录在存储器中。改变机器人与自然人的距离，重复执行自学习方法，从而使得机器人的存储器中记录下不同距离下的自然人的特征值。机器人先进行自学习过程，从而在机器人正常使用时可以根据记录在存储器中的数据对被测物体是不是自然人进行判断。
优选的，机器人在使用者购买后再进行自学习。由于机器人是在使用者购买后进行的自学习，存储器中仅需要记录使用者与机器人处于不同距离时的特征值即可，节约了存储器的存储空间。并且，由于自然人与自然人之间也会存在些许差异，若记录在存储器中的特征值是机器人制造后根据测试人员生成的特征值，机器人在判断被测物体是不是自然人时可能会出现偏差。机器人在购买后再进行自学习，自学习过程是针对使用者进行的，记录在存储器中的特征值是使用者的特征值，机器人判断被测物体是不是自然人的误差会进一步减小。
需要说明的是，以上仅为举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。
执行完步骤200后，执行步骤201至步骤204。
步骤205：确定被测物体与机器人的实际距离。
具体地说，在对被测物体是不是自然人进行判断时，需要结合被测物体与机器人的实际距离进行考量。因为被测物体与机器人处于不同距离时机器人确认的特征值会有偏差，所以确认被测物体的特征值时，还需要确定被测物体与机器人的实际距离，以便机器人寻找记录在机器人的存储器中与该距离对应的参考特征值。
需要说明的是，本领域技术人员可以理解，确定被测物体与机器人的实际距离的方法可以是激光测距法，也可以是超声波测距法。此处不再赘述，在实际应用中根据需要设置即可。
步骤206：判断特征值是否与记录的实际距离对应的参考特征值相同。
具体地说，机器人在判断被测物体是不是自然人的依据是被测物体的特征值与存储器中记录的参考特征值是否相同。若判定特征值与记录的实际距离对应的参考特征值相同，执行步骤207，若判定特征值与记录的实际距离对应的参考特征值不相同，执行步骤208。
需要说明的是，超声波在传播过程中，可能存在一定的衰减，因此，机器人比较该超声波回波中的特征值与参考特征值时，若特征值与参考特征值的差值在一定的误差范围内，就认为特征值与记录的实际距离对应的参考特征值相同。实际应用中，并不要求两者绝对的相等。
步骤207：确定被测物体为自然人。
具体地说，当被测物体的特征值与记录的实际距离对应的参考特征值相同时，说明被测物体是自然人。之后执行步骤209。
步骤208：确定被测物体不为自然人。结束该控制方法。
具体地说，当被测物体的特征值与记录的实际距离对应的参考特征值不相同时，说明机器人识别的被测物体的特征与机器人识别的自然人的特征不同，被测物体不是自然人，可能是其他机器人或其他物体。
步骤209：执行运行指令。
与现有技术相比，本实施方式中提供的控制方法，机器人在接收到运行指令时，根据发出运行指令的声源确定被测物体。机器人在确定被测物体后，向被测物体发出超声波。由于超声波与传声媒质的相互作用后，超声波回波会携带有关传声媒质状态的信息，所以超声波经被测物体反射后得到的回波中携带了关于被测物体的信息。自然人和机器人的组成成分完全不同，机器人通过分析超声波回波中携带的信息可以确定被测物体是否为自然人。在确定被测物体是自然人以后，机器人才会执行运行指令，提高了机器人的安全性，有益于避免由于该机器人运行其他机器人下达的运行指令而导致自然人的人身安全、财产安全和生活环境受到威胁的情况。并且，机器人在判断被测物体是不是自然人时，是根据自学习获得的不同距离下的自然人的特征值为依据，进一步减小了判断误差。除此之外，机器人在判断被测物体是不是自然人时，会检测被测物体与机器人的实际距离，所以，机器人不需要将特征值与所有参考特征值进行比较，仅需要和实际距离对应的参考特征值进行比较即可，缩短了机器人的判断时间。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种机器人，如图3所示，包括：确定装置401、发射装置402、接收装置403、分析装置404和执行装置405。
确定装置401根据接收到的运行指令的声源确定被测物体，并判断被测物体所处的位置。在确定被测物体的位置后，机器人的发射装置402向被测物体发射超声波。接收装置403接收超声波经被测物体反射后得到的回波，即超声波回波。分析装置404根据接收装置403接收的超声波回波确定用以表征被测物体的特征值，根据特征值判断被测物体是不是自然人，若确定被测物体是自然人，控制执行装置405工作。执行装置405在确定被测物体为自然人后，执行机器人接收到的运行指令。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第四实施方式涉及一种机器人，本实施方式与第四实施方式大致相同，主要区别在于，具体说明了分析装置404的结构，如图4所示。分析装置404包括：获取装置4041和判断装置4042。获取装置4041用于对超声波回波进行分析，得到用以表征被测物体的特征值。判断装置4042用于根据特征值判断被测物体是不是自然人。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第五实施方式涉及一种机器人，本实施方式与第四实施方式大致相同，主要区别在于，具体说明了分析装置404的结构，如图5所示。分析装置404包括：成像装置4043、获取装置4044和判断装置4045。成像装置4043用于根据超声波回波形成被测物体图像。获取装置4044用于对图像进行分析，得到用以表征被测物体的特征值。判断装置4045用于根据特征值判断被测物体是不是自然人。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种控制方法，其特征在于，应用于机器人，包括：
根据接收到的运行指令的声源确定被测物体；
向所述被测物体发射超声波；
接收超声波回波；其中，所述超声波回波是所述超声波经所述被测物体反射后得到的回波；
根据所述超声波回波确定用以表征所述被测物体的特征值，根据所述特征值判断所述被测物体是不是自然人；
若确定所述被测物体为所述自然人，执行所述运行指令。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述超声波回波确定用以表征所述被测物体的特征值，具体包括：
对所述超声波回波进行分析，得到用以表征所述被测物体的特征值。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述超声波回波确定用以表征所述被测物体的特征值，具体包括：
根据所述超声波回波形成所述被测物体的图像，对所述图像进行分析，得到用以表征所述被测物体的特征值。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述对所述超声波回波进行分析，得到用以表征所述被测物体的特征值，具体包括：
将所述超声波回波转换为电信号，并发送到信号处理电路；其中，所述信号处理电路将所述电信号转换为数字信号；
获取所述数字信号中包含用以表征所述被测物体的特征值。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述对所述超声波回波进行分析，得到用以表征所述被测物体的特征值，具体包括：
根据所述超声波回波确定所述被测物体的回波时间；
根据所述回波时间确定超声波波速；
根据所述超声波波速确定所述特征值；其中，所述特征值为所述被测物体的弹性常数。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述根据接收到的运行指令的声源确定被测物体之前，所述控制方法还包括：
确定并记录所述机器人与自然人相距不同的距离所对应的参考特征值。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述特征值判断所述被测物体是不是自然人，具体包括：
确定所述被测物体与所述机器人的实际距离；
判断所述特征值是否与记录的所述实际距离对应的参考特征值相同；
若判定所述特征值与记录的所述实际距离对应的参考特征值相同，确定所述被测物体为自然人。
8.一种机器人，其特征在于，包括：确定装置、发射装置、接收装置、分析装置和执行装置；
所述确定装置用于根据接收到的运行指令的声源确定被测物体；
所述发射装置用于向所述被测物体发射超声波；
所述接收装置用于接收超声波回波；其中，所述超声波回波是所述超声波经所述被测物体反射后得到的回波；
所述分析装置用于根据所述超声波回波确定用以表征所述被测物体的特征值，根据所述特征值判断所述被测物体是不是自然人；
所述执行装置用于若确定所述被测物体为自然人，执行所述运行指令。
9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述分析装置具体用于：对所述超声波回波进行分析，得到用以表征所述被测物体的特征值，根据所述特征值判断所述被测物体是不是自然人。
10.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述分析装置具体用于：根据所述超声波回波形成所述被测物体图像，对所述图像进行分析，得到用以表征所述被测物体的特征值，根据所述特征值判断所述被测物体是不是自然人。
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