CN107544506A - 机器人跟随方法、机器人以及存储介质 - Google Patents
机器人跟随方法、机器人以及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种机器人跟随方法、机器人以及存储介质，所述方法包括：检测被跟随体并确定所述被跟随体的位置；获取机器人与所述被跟随体之间的夹角和实时距离；根据所述机器人与所述被跟随体之间的夹角确定所述机器人的夹角的旋转角速度，根据所述机器人与所述被跟随体之间的实时距离和所述机器人所要保持的固定跟随距离确定所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度。本发明中用户走到哪里，机器人就跟随到哪里，方便用户及时与机器人交互，使得机器人从被动与人交互转换为主动与人交互，可以增强娱乐性，增强对周围环境感知能力，为机器人应用提供良好的体验。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种机器人跟随方法、机器人以及存储介质。
背景技术
随着现有技术的迅速发展，机器人开始走进老百姓的生活中，机器人的使用领域较为广泛，以服务行业为例，机器人可从事餐饮、维护保养、修理、运输、清洗、救援或监护等工作，能完成有益于人类健康的服务工作，给人民的生活带来的极大的便利。
通常情况下，智能机器人与遥控器建立连接后，接受遥控器的遥控，根据遥控器的遥控指令进行相应的操作实现跟随。但是，遥控器不进行操作时，机器人通常不会进行相应跟随操作。并且，机器人在远离遥控器之后，受制于地理环境和通信环境影响，机器人无法随时待命为用户服务。
可见目前在实现机器人跟随交互任务中，还未有合适的交互系统，未能同时实现跟随并与人交互，互动能力较差。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机器人跟随方法、机器人以及存储介质，用于解决现有技术中机器人在远离遥控器之后，受制于地理环境和通信环境影响，机器人无法随时待命为用户服务的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机器人跟随方法，所述机器人跟随方法包括：检测被跟随体并确定所述被跟随体的位置；获取机器人与所述被跟随体之间的夹角和实时距离；根据所述机器人与所述被跟随体之间的夹角确定所述机器人的夹角的旋转角速度，根据所述机器人与所述被跟随体之间的实时距离和所述机器人所要保持的固定跟随距离确定所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度。
于本发明的一实施例中，所述被跟随体为人；所述检测被跟随体并确定所述被跟随体的位置具体包括：检测人腿位置；根据所述人腿位置确定人的中心位置。
于本发明的一实施例中，所述根据所述人腿位置确定人的中心位置具体包括：若检测到两条人腿，则两条人腿的位置的中心做为人的中心位置；若检测到一条人腿，则该人腿的位置作为人的中心位置；若检测到多条人腿，则根据两条人腿之间的通常距离确定同属一个人的两条人腿，形成多组人腿或单个人腿，两条人腿的位置的中心做为人的中心位置，单个人腿的位置作为人的中心位置。
于本发明的一实施例中，建立机器人跟随运动的运动坐标系，所述运动坐标系以所述机器人的中心为原点，机器人右侧水平方向为X轴，以机器人正前方方向为Y轴。
于本发明的一实施例中，所述机器人与所述被跟随体之间的夹角为机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角；定义所述夹角于所述运动坐标系中顺时针方向为正，逆时针方向为负。
于本发明的一实施例中，所述机器人的夹角的旋转角速度为：
其中，ω为以机器人的中心为圆心的夹角θ的旋转角速度，于所述运动坐标系中顺时针方向为正，逆时针方向为负；θ为机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角，RotateSpeedmax为ω的最大值，θ1，θ2分别为定义的机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角数值，θ1＜θ2。
于本实施例中，所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度为：
LinerSpeed＝LinerSpeedBase×SlowdownRate；
其中，LinerSpeed为平移线速度，LinerSpeedBase为平移线速度基数，SlowdownRate为设定的降速比例常数，LinerSpeedmax为平移线速度的最大值，d为机器人与被跟随体之间的实时距离，D1为机器人所要保持的固定跟随距离，D2为距离设定值，D2＞D1。
于本发明的一实施例中，所述设定的降速比例常数为：
其中，θ3，θ4分别为定义的机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角数值，θ3＜θ4。
本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的机器人跟随方法。
本发明的实施例还提供一种机器人，包括处理器、存储器和激光器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器运行所述程序指令实现如上所述的机器人跟随方法。
如上所述，本发明的机器人跟随方法、机器人以及存储介质，具有以下有益效果：
1、本发明根据机器人与被跟随体之间的夹角确定所述机器人的夹角的旋转角速度，根据所述机器人与所述被跟随体之间的实时距离和所述机器人所要保持的固定跟随距离确定所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度，从而实现机器人对人体的跟随，用户走到哪里，机器人就跟随到哪里，方便用户及时与机器人交互，使得机器人从被动与人交互转换为主动与人交互，可以增强娱乐性，增强对周围环境感知能力，为机器人应用提供良好的体验。
2、本发明的机器人的人体跟随方法使得机器人更加智能化，能更好的为用户服务。
附图说明
图1显示为本发明的机器人跟随方法于一实施例中的流程示意图。
图2显示为本发明的机器人跟随方法中机器人与被跟随体之间的夹角示意图。
图3显示为本发明的机器人跟随方法中旋转角速度的取值示意图。
图4显示为本发明的机器人跟随方法中平移的平移线速度的取值示意图。
图5显示为本发明的机器人跟随方法中设定的降速比例常数的取值示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1至图5，需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例的目的在于提供一种机器人跟随方法、机器人以及存储介质，用于解决现有技术中机器人在远离遥控器之后，受制于地理环境和通信环境影响，机器人无法随时待命为用户服务的问题。以下将详细阐述本发明的机器人跟随方法、机器人以及存储介质的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的机器人跟随方法、机器人以及存储介质。
本实施例的机器人跟随方法和机器人通过平面激光识别出的人的腿部截面特征，预估人的相对位置。机器人根据和人的相对位置，采取跟随并保持相对距离。以下对本实施例的机器人跟随方法、机器人以及存储介质进行具体说明。
本实施例提供一种机器人跟随方法，如图1所示，所述机器人跟随方法包括以下步骤：
步骤S110，检测被跟随体并确定所述被跟随体的位置。
步骤S120，获取机器人与所述被跟随体之间的夹角和实时距离。
步骤S130，根据所述机器人与所述被跟随体之间的夹角确定所述机器人的夹角的旋转角速度。
步骤S140，根据所述机器人与所述被跟随体之间的实时距离和所述机器人所要保持的固定跟随距离确定所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度。
以下对本实施例的机器人跟随方法进行详细说明。
步骤S110，检测被跟随体并确定所述被跟随体的位置。
于本实施例中，所述被跟随体为人；所述检测被跟随体并确定所述被跟随体的位置具体包括：检测人腿位置；根据所述人腿位置确定人的中心位置。
例如，机器人通过平面激光器来观测人的腿部，识别出人的位置。
具体地，于本实施例中，所述根据所述人腿位置确定人的中心位置具体包括：
若检测到两条人腿，则两条人腿的位置的中心做为人的中心位置。
若检测到一条人腿，则该人腿的位置作为人的中心位置。
若检测到多条人腿，则根据两条人腿之间的通常距离确定同属一个人的两条人腿，形成多组人腿或单个人腿，两条人腿的位置的中心做为人的中心位置，单个人腿的位置作为人的中心位置。
具体地，对上述几种情况进行说明。
1)若检测到两条人腿，则两条人腿的位置的中心做为人的中心位置：人的两条腿之间的距离应小于一定的距离(如一米)，人的位置在两腿坐标的几何中心。
2)若检测到一条人腿，则该人腿的位置作为人的中心位置：因遮挡或是识别缺陷造成的某个时刻只有一条腿被识别，这条腿的位置当作人的位置。人的位置不应该发生突变，这个可以根据时间差来换算，比如1秒内移动的距离超过2米则认为新发现的人。其中，较短时间内检测到的人腿忽略不计。
若检测到多条人腿，则根据两条人腿之间的通常距离确定同属一个人的两条人腿，形成多组人腿或单个人腿，两条人腿的位置的中心做为人的中心位置，单个人腿的位置作为人的中心位置，也就是说，多人的识别需要根据以上1)或2)中的检测规则划分多种组合的集合分别判断。
步骤S120，获取机器人与所述被跟随体之间的夹角和实时距离。
于本实施例中，建立机器人跟随运动的运动坐标系，所述运动坐标系以所述机器人的中心为原点，机器人右侧水平方向为X轴，以机器人正前方方向为Y轴。
其中，具体地，于本实施例中，如图2所示，所述机器人与所述被跟随体之间的夹角为机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角，即角度θ是机器人的朝向和机器人到人的位置连线的夹角。
于本实施例中，定义所述夹角于所述运动坐标系中顺时针方向为正，逆时针方向为负。
步骤S130，根据所述机器人与所述被跟随体之间的夹角确定所述机器人的夹角的旋转角速度。旋转角速度是角度θ对应的旋转速度。
具体地，于本实施例中，如图3所示，所述机器人的夹角的旋转角速度为：
其中，ω为以机器人的中心为圆心的夹角θ的旋转角速度，于所述运动坐标系中顺时针方向为正，逆时针方向为负；θ为机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角，RotateSpeedmax为ω的最大值，θ1，θ2分别为定义的机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角数值，θ1＜θ2。
为了让角速度ω的变化较为平滑，需要对其做线性变化的约束。主要得分为正负两个方向，两个方向上的速度是相反的，其中每个方向又分三段，当偏差角θ小于θ1时，运动的方向不需要调整，即角速度ω为零；当偏差角θ大于θ1小于θ2时，在这个区间角速度ω随偏差角θ的变化做线性变化调整；当大于θ2时，以最大的角速度RotateSpeedmax旋转，使其尽快朝向人。
步骤S140，根据所述机器人与所述被跟随体之间的实时距离和所述机器人所要保持的固定跟随距离确定所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度。
于本实施例中，具体地，如图4所示，所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度为：
LinerSpeed＝LinerSpeedBase×SlowdownRate；
其中，LinerSpeed为平移线速度，LinerSpeedBase为平移线速度基数，SlowdownRate为设定的降速比例常数，LinerSpeedmax为平移线速度的最大值，d为机器人与被跟随体之间的实时距离，D1为机器人所要保持的固定跟随距离，D2为距离设定值，D2＞D1。
为了让机器人和人保持在距离D1，线速度基数LinerSpeedBase要随着距离d做调整。分为三段，当距离小于等于D1时，应停止移动，线速度基数为0；当距离大于D2，时以最大速度跟进，即线速度基数LinerSpeedBase为其最大值LinerSpeedmax；中间区段，速度基数随距离d线性变化，即
最终的平移线速度LinerSpeed是由线速度基数LinerSpeedBase和降速比例SlowdownRate两个合成的，即LinerSpeed＝LinerSpeedBase×SlowdownRate。
其中，于本实施例中，如图5所示，所述设定的降速比例常数为：
其中，θ3，θ4分别为定义的机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角数值，θ3＜θ4。
要保持机器人始终朝向人，角度的旋转要优先于为平移线速度LinerSpeed，用来抑制方向偏差的运动位移，使用降速比例SlowdownRate这一线速度因子，用来约束平移速度。角度偏差越大时，线速度要越小。当偏差角θ小于θ3，线速度不做约束，即降速比例SlowdownRate为1；当偏差角θ大于θ4，线速度为0，即降速比例SlowdownRate为0；中间区段，降速比例SlowdownRate随着偏差角θ线性调整，即
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的机器人跟随方法。上述已经对所述机器人跟随方法进行了详细描述，在此不再赘述。
本实施例还提供一种机器人，包括处理器、存储器和激光器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器运行所述程序指令实现如上所述的机器人跟随方法。上述已经对所述机器人跟随方法进行了详细描述，在此不再赘述。于本实施例中，例如，机器人通过轮式驱动装置来跟随人的行走，并和人保持相对距离。
综上所述，本发明根据机器人与被跟随体之间的夹角确定所述机器人的夹角的旋转角速度，根据所述机器人与所述被跟随体之间的实时距离和所述机器人所要保持的固定跟随距离确定所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度，从而实现机器人对人体的跟随，用户走到哪里，机器人就跟随到哪里，方便用户及时与机器人交互，使得机器人从被动与人交互转换为主动与人交互，可以增强娱乐性，增强对周围环境感知能力，为机器人应用提供良好的体验；本发明的机器人的人体跟随方法使得机器人更加智能化，能更好的为用户服务。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种机器人跟随方法，其特征在于，所述机器人跟随方法包括：
检测被跟随体并确定所述被跟随体的位置；
获取机器人与所述被跟随体之间的夹角和实时距离；
根据所述机器人与所述被跟随体之间的夹角确定所述机器人的夹角的旋转角速度，根据所述机器人与所述被跟随体之间的实时距离和所述机器人所要保持的固定跟随距离确定所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度。
2.根据权利要求1所述的机器人跟随方法，其特征在于，所述被跟随体为人；所述检测被跟随体并确定所述被跟随体的位置具体包括：
检测人腿位置；
根据所述人腿位置确定人的中心位置。
3.根据权利要求2所述的机器人跟随方法，其特征在于，所述根据所述人腿位置确定人的中心位置具体包括：
若检测到两条人腿，则两条人腿的位置的中心做为人的中心位置；
若检测到一条人腿，则该人腿的位置作为人的中心位置；
若检测到多条人腿，则根据两条人腿之间的通常距离确定同属一个人的两条人腿，形成多组人腿或单个人腿，两条人腿的位置的中心做为人的中心位置，单个人腿的位置作为人的中心位置。
4.根据权利要求1或3所述的机器人跟随方法，其特征在于，建立机器人跟随运动的运动坐标系，所述运动坐标系以所述机器人的中心为原点，机器人右侧水平方向为X轴，以机器人正前方方向为Y轴。
5.根据权利要求4所述的机器人跟随方法，其特征在于，所述机器人与所述被跟随体之间的夹角为机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角；定义所述夹角于所述运动坐标系中顺时针方向为正，逆时针方向为负。
6.根据权利要求5所述的机器人跟随方法，其特征在于，所述机器人的夹角的旋转角速度为：
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其中，ω为以机器人的中心为圆心的夹角θ的旋转角速度，于所述运动坐标系中顺时针方向为正，逆时针方向为负；θ为机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角，RotateSpeedmax为ω的最大值，θ1，θ2分别为定义的机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角数值，θ1＜θ2。
7.根据权利要求1所述的机器人跟随方法，其特征在于，所述机器人朝向所述跟随体平移的平移线速度为：
LinerSpeed＝LinerSpeedBase×SlowdownRate；
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其中，LinerSpeed为平移线速度，LinerSpeedBase为平移线速度基数，SlowdownRate为设定的降速比例常数，LinerSpeedmax为平移线速度的最大值，d为机器人与被跟随体之间的实时距离，D1为机器人所要保持的固定跟随距离，D2为距离设定值，D2＞D1。
8.根据权利要求7所述的机器人跟随方法，其特征在于，所述设定的降速比例常数为：
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</mrow>
其中，θ3，θ4分别为定义的机器人的中心与所述被跟随体的中心的连线与所述机器人的朝向之间的夹角数值，θ3＜θ4。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～8任一项所述的机器人跟随方法。
10.一种机器人，其特征在于，包括处理器、存储器和激光器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器运行所述程序指令实现如1～8任一项所述的机器人跟随方法。
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