CN108393882B - 机器人姿态控制方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人姿态控制方法，用于对机器人的展示主体进行姿态控制，其包括：生成主体放置指令，并根据主体放置指令从姿态位置传感器上接收展示主体当前姿态位置；接收主体姿态控制指令，并从主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；根据展示主体当前姿态位置以及展示主体目标姿态位置计算全向轮阵列中每个全向轮的运动分量；根据每个全向轮的运动分量，控制全向轮阵列工作，使得展示主体达到目标姿态位置。本发明还提供一种机器人，本发明通过设置在驱动底座上的全向轮阵列对展示主体进行姿态位置控制，使得展示主体可在各个方向进行360度的旋转操作，且控制方式简单、展示主体上不需设置任何驱动结构。

Description

机器人姿态控制方法及机器人

技术领域

本发明涉及机械控制领域，特别是涉及一种机器人姿态控制方法及机器人。

背景技术

随着科技的发展，人们对于交互的要求越来越高，因此机器人开发商集成自然语言理解、智能交互以及语音视觉等多种人工智能技术，开发出能与用户进行信息、服务以及情感交流的云台式机器人，该云台式机器人可进行技能的自动学习，因而可较好的满足不同用户的交互需求。

为了提高机器人与用户的交互效果，该云台式机器人一般设置为模拟人类头部的球形机器人，因此该球形机器人一般能够进行上下转动、前后转动以及左右转动的操作。

但是现有的球形机器人一般是通过旋转轴对球形机器人的球形主体进行驱动，这种控制方式简单，但是该球形主体只能沿着旋转轴进行旋转，且旋转角度也非常受限。如增加球形机器人的旋转轴数量或控制关节数，则球形机器人的控制难度以及制作成本均会大大提高。

发明内容

本发明实施例提供一种具有较大运动范围、控制方式简单、相应的结构制作成本较低的机器人姿态控制方法及机器人；以解决现有的机器人的运动范围受限或控制方式复杂、制作成本较高的技术问题。

本发明实施例提供一种机器人姿态控制方法，用于对机器人的展示主体进行姿态控制，其中所述机器人包括具有姿态位置传感器的展示主体以及驱动底座，所述展示主体包括用于展示信息的展示部以及具有球形轮廓底面的驱动部；所述驱动底座包括用于放置所述展示主体的主体设置孔、设置在所述主体设置孔边缘的全向轮阵列以及姿态控制器；其中所述机器人姿态控制方法包括：

姿态控制器生成主体放置指令，并根据所述主体放置指令从姿态位置传感器上接收展示主体当前姿态位置；

姿态控制器接收主体姿态控制指令，并从所述主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；

姿态控制器根据所述展示主体当前姿态位置以及所述展示主体目标姿态位置计算所述全向轮阵列中每个全向轮的运动分量；以及

姿态控制器根据每个全向轮的运动分量，控制所述全向轮阵列工作，使得所述展示主体达到目标姿态位置。

本发明实施例还提供一种机器人，其包括:

展示主体，内设有用于反馈所述展示主体的姿态位置的姿态位置传感器，其包括用于展示信息的展示部以及具有球形轮廓底面的驱动部；以及

驱动底座，设置有用于放置所述展示主体的主体设置孔，包括：

全向轮阵列，设置在所述主体设置孔的边缘，用于改变所述展示主体的姿态位置；以及

姿态控制器，用于控制所述全向轮阵列；

其中所述姿态控制器包括：

当前姿态位置接收模块，用于生成主体放置指令，并根据所述主体放置指令，从所述姿态位置传感器上接收展示主体当前姿态位置；

目标姿态位置获取模块，用于接收主体姿态控制指令，并从所述主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；

运动分量计算模块，用于根据所述展示主体当前姿态位置以及所述展示主体目标姿态位置计算所述全向轮阵列中每个全向轮的运动分量；以及

全向轮阵列控制模块，用于根据每个全向轮的运动分量，控制所述全向轮阵列工作，使得所述展示主体达到目标姿态位置。

相较于现有技术，本发明的机器人姿态控制方法及机器人通过设置在驱动底座上的全向轮阵列对展示主体进行姿态位置控制，使得展示主体可在各个方向进行360度的旋转操作，且控制方式简单、展示主体上不需设置任何驱动结构；解决了现有的机器人的运动范围受限或控制方式复杂、制作成本较高的技术问题。

附图说明

图1为本发明的机器人的第一优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的机器人的第一优选实施例的驱动底座的姿态控制器的结构示意图；

图3为本发明的机器人的优选实施例的外部结构图；

图4为本发明的机器人的第二优选实施例的结构示意图；

图5为本发明的机器人的第二优选实施例的驱动底座的姿态控制器的结构示意图；

图6为本发明的机器人的第二优选实施例的当前姿态位置接收模块的结构示意图；

图7为本发明的机器人的第二优选实施例的目标姿态位置获取模块的结构示意图；

图8和图9为本发明的机器人的优选实施例的全向轮阵列的工作原理示意图；

图10为本发明的机器人姿态控制方法的第一优选实施例的流程图；

图11为本发明的机器人姿态控制方法的第二优选实施例的流程图。

具体实施方式

请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本发明的原理是以实施在一适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。

请参照图1、图2以及图3，图1为本发明的机器人的优选实施例的结构示意图，图2为本发明的机器人的优选实施例的驱动底座的姿态控制器的结构示意图，图3为本发明的机器人的优选实施例的外部结构图。本优选实施例的机器人10用于模拟人类与用户进行交互。如接收到用户语音信息时，会将模拟人类面部转向用户，同时向用户提供相应的交互信息。因此这里希望该机器人10可方便的进行各个方向的姿态控制操作，如前后仰俯操作、左右摇摆操作以及左右旋转操作等。

如图3所示，本优选实施例的机器人10包括展示主体11以及驱动底座12。该展示主体11上可包括用于模拟人类面部的显示装置111，如显示屏或显示灯等；以及用于反馈展示主体11的姿态位置的姿态位置传感器112。展示主体包括用于展示信息的展示部以及具有球形轮廓底面的驱动部。该显示装置111和姿态位置传感器112可设置在展示主体的展示部上。

该姿态位置传感器112设置在展示主体11的内部。当然该展示主体11上还应设置喇叭113、麦克风114以及无线传输模块115，如蓝牙模块或WiFi模块等便于信息传输以及用户交互。

该驱动底座12包括主体设置孔121、全向轮阵列122、姿态控制器123以及无线传输模块124。该主体设置孔121用于放置展示主体11；全向轮阵列122设置在主体设置孔121的边缘，用于与展示主体11的球形轮廓底面接触，并改变展示主体11的姿态位置。姿态控制器123用于控制全向轮阵列122。

其中该姿态控制器123包括当前姿态位置接收模块21、目标姿态位置获取模块22、运动分量计算模块23以及全向轮阵列控制模块24。

当前姿态位置接收模块21用于生成主体放置指令，并根据主体放置指令，从姿态位置传感器112上接收展示主体当前姿态位置；目标姿态位置获取模块22用于接收主体姿态控制指令，并从主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；运动分量计算模块23用于根据展示主体当前姿态位置以及展示主体目标姿态位置计算全向轮阵列中每个全向轮的运动分量；全向轮阵列控制模块24用于根据每个全向轮的运动分量，控制全向轮阵列122工作，使得展示主体11达到目标姿态位置。

请参照图3，本优选实施例的机器人10与用户进行交互时，可方便的对展示主体11进行大范围的姿态控制。以图3中的展示主体为球形主体，具体的如用户要使用该机器人10时，首先用户可将展示主体11设置在驱动底座12的主体设置孔121中，这样展示主体11的驱动部会与主体设置孔121边缘的全向轮阵列122接触。

随后当前姿态位置接收模块21会检测到展示主体11已设置在主体设置孔121中，则会生成对应的用于获取展示主体当前姿态位置的主体放置指令；然后当前姿态位置接收模块21通过无线传输模块124将该主体放置指令发送至姿态位置传感器112上，以便姿态位置传感器112检测并返回展示主体11的展示主体当前姿态位置。

然后目标姿态位置获取模块22会获取外部的主体姿态控制指令，该主体姿态控制指令为用户想要该展示主体具有预设的目标姿态位置的指令。如用户对着展示主体11发出语音指令，则展示主体11自动转向用户发出语音指令的方向等。因此该主体姿态控制指令中应包括展示主体目标姿态位置，以便姿态控制器123对展示主体11进行有目的的姿态位置转换操作。

随后运动分量计算模块23会以展示主体11的球心作为原点建立一参考坐标系XY坐标系，运动分量计算模块23会根据从姿态位置传感器112获取的展示主体当前姿态位置以及从外部，如用户处，获取的展示主体目标姿态位置，可计算出展示主体在该参考坐标系中的偏移量，如展示主体相对球心所在的某个平面的移动矢量(包括横向移动量以及纵向移动量)以及相对球心的旋转矢量。

然后运动分量计算模块23会将上述移动矢量以及旋转矢量转换为全向轮阵列中每个全向轮的运动分量，即根据展示主体当前姿态位置、展示主体目标姿态位置以及全向轮阵列中每个全向轮的旋转轴设置方向，确定全向轮阵列中每个全向轮的运动分量。

最后全向轮阵列控制模块24根据获取的每个全向轮的运动分量，控制全向轮阵列工作，如通过驱动电机控制等，使得展示主体达到目标姿态位置。

这样即完成了本优选实施例的机器人10的姿态控制过程。

本优选实施例的机器人通过设置在驱动底座上的全向轮阵列对展示主体进行姿态位置控制，不需要通过传动轴物理连接展示主体以及驱动底座，使得展示主体可在各个方向进行360度的旋转操作，且控制方式简单、展示主体上不需设置任何驱动结构。

请参照图4和图5，图4为本发明的机器人的第二优选实施例的结构示意图，图5为本发明的机器人的第二优选实施例的驱动底座的姿态控制器的结构示意图。本优选实施例的机器人40包括展示主体41以及驱动底座42，展示主体41内设有用于反馈展示主体41的姿态位置的姿态位置传感器412；驱动底座42设置有用于放置展示主体41的主体设置孔421，该驱动底座42包括全向轮阵列422以及姿态控制器423，全向轮阵列422设置在主体设置孔421的边缘，用于改变展示主体41的姿态位置；姿态控制器423用于控制全向轮阵列422。展示主体包括用于展示信息的展示部以及具有球形轮廓底面的驱动部。

其中姿态控制器423包括当前姿态位置接收模块53、目标姿态位置获取模块54、运动分量计算模块55、全向轮阵列控制模块56、接触检测模块51以及工作模式切换模块52。

当前姿态位置接收模块53用于生成主体放置指令，并根据主体放置指令，从姿态位置传感器412上接收展示主体当前姿态位置；目标姿态位置获取模块54用于接收主体姿态控制指令，并从主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；运动分量计算模块55用于根据展示主体当前姿态位置、展示主体目标姿态位置以及全向轮阵列422中每个全向轮的旋转轴设置方向，确定全向轮阵列422中每个全向轮的运动分量；全向轮阵列控制模块56用于根据每个全向轮的运动分量，控制全向轮阵列工作，使得展示主体达到目标姿态位置；接触检测模块51用于当驱动底座42的工作模式处于空载状态时，检测全向轮阵列422中的所有全向轮是否接触到展示主体41；工作模式切换模块52用于如全向轮阵列422中的所有全向轮接触到展示主体41，则发出主体放置指令，并将驱动底座的工作模式切换为驱动状态。

请参照图6，图6为本发明的机器人的第二优选实施例的当前姿态位置接收模块的结构示意图。该当前姿态位置接收模块53包括预设姿态变化单元61以及当前姿态位置确定单元62。

预设姿态变换单元61于生成主体放置指令，并根据主体放置指令对展示主体进行预设姿态变换；当前姿态位置确定单元62用于根据预设姿态变换时，姿态位置传感器的参数变化量，确定展示主体当前姿态位置。

请参照图7，图7为本发明的机器人的第二优选实施例的目标姿态位置获取模块的结构示意图。该目标姿态位置获取模块54包括判断单元71、第一目标姿态位置获取单元72以及第二目标姿态位置获取单元73。

判断单元71用于判断主体姿态控制指令中是否包括展示主体目标姿态位置；第一目标姿态位置获取单元72用于从主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；第二目标姿态位置获取单元73于将默认展示主体姿态位置设置为展示主体目标姿态位置。

以图3中的展示主体为球形主体，本优选实施例的机器人40使用时，如用户要使用该机器人40时，首先用于可将展示主体41设置在驱动底座42的主体设置孔421中，这样展示主体41会与主体设置孔421边缘的全向轮阵列422接触。这里优选展示主体41的中心在全向轮阵列422所在平面上的投影，与主体设置孔421的中心在全向轮阵列422所在平面上的投影重合，以便全向轮阵列422可对展示主体41进行更稳定的驱动。

随后当前姿态位置接收模块53会检测到展示主体已设置在主体设置孔421中，则会生成对应的用于获取展示主体当前姿态位置的主体放置指令；进一步的，当展示主体41未设置在驱动底座42时，驱动底座42可处于空载状态的工作模式，这时接触检测模块51可检测全向轮阵列中的所有全向轮是否接触到展示主体的驱动部，如全向轮阵列中的所有全向轮接触到展示主体的驱动部，则当前姿态位置接收模块53生成主体放置指令，并工作模式切换模块52将驱动底座的工作模式切换为驱动状态。

然后当前姿态位置接收模块53通过无线传输模块424将该主体放置指令发送至姿态位置传感器412上，以便姿态位置传感器412检测并返回展示主体41的展示主体当前姿态位置。这里的姿态位置传感器412包括加速度传感器以及磁场传感器，具体的，加速度传感器以及磁场传感器通过惯性测量技术(IMU，Inertial measurement unit)获取展示主体当前姿态位置，如展示主体的姿态欧拉角(如俯仰角、横滚角以及朝向角等)，从而可通过对全向轮阵列施加运动控制来调节展示主体的姿态欧拉角，实现展示主体的任意朝向的虚轴驱动控制。

然后目标姿态位置获取模块54会获取外部的主体姿态控制指令，该主体姿态控制指令为用户想要该展示主体具有预设的目标姿态位置的指令。如用户对着展示主体发出语音指令，则展示主体自动转向用户发出语音指令的方向等。因此该主体姿态控制指令中应包括展示主体目标姿态位置，以便姿态控制器对展示主体进行有目的的姿态位置转换操作。

当然这里目标姿态位置获取模块54的判断单元71可对主体姿态控制指令中是否包括展示主体目标姿态位置进行判断，如主体姿态控制指令中未包括展示主体目标姿态位置，则目标姿态位置获取模块54的第二目标姿态位置获取单元73可将预设的默认展示主体姿态位置设置为展示主体目标姿态位置。如主体姿态控制指令中包括展示主体目标姿态位置，则目标姿态位置获取模块54的第一目标姿态位置获取单元72从主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置。

请参照图8和图9，图8和图9为本发明的机器人的优选实施例的全向轮阵列的工作原理示意图。其中图8为驱动底座的俯视图，图9为展示主体以及全向轮阵列的侧视图。随后姿态控制器423的运动分量计算模块55会以展示主体41的球心作为原点建立一参考坐标系XY坐标系，运动分量计算模块55会根据从姿态位置传感器412获取的展示主体当前姿态位置以及从外部，如用户处，获取的展示主体目标姿态位置，可计算出展示主体41在该参考坐标系中的偏移量，如展示主体41相对球心所在的某个平面的移动矢量(包括横向移动量以及纵向移动量)以及相对球心的旋转矢量。如图8中的移动矢量V(包括横向移动量Vx以及纵向移动量Vy)以及旋转矢量ω。

然后运动分量计算模块55会将上述移动矢量以及旋转矢量转换为全向轮阵列中每个全向轮的运动分量，即根据展示主体当前姿态位置、展示主体目标姿态位置以及全向轮阵列中每个全向轮的旋转轴设置方向，确定全向轮阵列中每个全向轮的运动分量。如图8和图9中的全向轮a1、全向轮a2以及全向轮a3的运动分量。具体请参照如下公式：

其中ω_b＝ω/sin(αrctg(L/R))；

其中XY坐标系为参考坐标系，设ω₁为全向轮a1的转动角速度，ω₂为全向轮a2的转动角速度，ω₃为全向轮a3的转动角速度，R为全向轮的半径，Ob为展示主体中心，Ol为3个全向轮的轴线交点，L为全向轮中心到Ol的距离，α为两个全向轮之间的夹角，θ为展示主体前向与X轴在水平面投影的夹角。

最后姿态控制器423的全向轮阵列控制模块56根据获取的每个全向轮的运动分量，即全向轮a1的转动角速度ω₁，全向轮a2的转动角速度ω₂以及全向轮a3的转动角速度ω₃，控制全向轮阵列工作，如通过驱动电机控制等，使得展示主体达到目标姿态位置。

这样即完成了本优选实施例的机器人50的姿态控制过程。

优选的，这里当前姿态位置接收模块53也可不直接通过姿态位置传感器获取展示主体当前姿态位置，如当前姿态位置接收模块53生成主体放置指令后，预设姿态变化单元61根据主体放置指令对展示主体进行预设姿态变换。随后当前姿态位置确定单元62根据上述预设姿态变换时，姿态位置传感器的参数变化量，确定展示主体当前姿态位置。

在第一优选实施例的基础上，本优选实施例的机器人可对驱动底座的工作模式进行辨认，从而可进一步提高展示主体的驱动稳定性；通过多个传感器的设置，使得获取的展示主体当前姿态位置更加准确；同时还可通过多个方式获取展示主体当前姿态位置以及展示主体目标姿态位置，因此进一步简化了对展示主体进行姿态位置控制的难度。

本发明还提供一种机器人姿态控制方法，请参照图10，图10为本发明的机器人姿态控制方法的第一优选实施例的流程图。本优选实施例的机器人姿态控制方法用于对上述的第一优选实施例的机器人的展示主体进行姿态控制，该机器人包括具有姿态位置传感器的展示主体以及驱动底座，驱动底座包括用于放置展示主体的主体设置孔、设置在主体设置孔边缘的全向轮阵列以及姿态控制器。展示主体包括用于展示信息的展示部以及具有球形轮廓底面的驱动部。本优选实施例的机器人姿态控制方法包括：

步骤S1001，姿态控制器生成主体放置指令，并根据主体放置指令从姿态位置传感器上接收展示主体当前姿态位置；

步骤S1002，姿态控制器接收主体姿态控制指令，并从主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；

步骤S1003，姿态控制器根据展示主体当前姿态位置以及展示主体目标姿态位置计算全向轮阵列中每个全向轮的运动分量；

步骤S1004，姿态控制器根据每个全向轮的运动分量，控制全向轮阵列工作，使得展示主体达到目标姿态位置。

以图3中的展示主体为球形主体为例，下面详细说明本优选实施例的机器人姿态控制方法的各步骤的具体流程。

在步骤S1001中，如用户要使用该机器人时，首先用户可将展示主体设置在驱动底座的主体设置孔中，这样展示主体的驱动部会与主体设置孔边缘的全向轮阵列接触。随后姿态控制器会检测到展示主体已设置在主体设置孔中，则会生成对应的用于获取展示主体当前姿态位置的主体放置指令；然后姿态控制器通过无线传输模块将该主体放置指令发送至姿态位置传感器上，以便姿态位置传感器检测并返回展示主体的展示主体当前姿态位置。随后转到步骤S1002。

在步骤S1002中，姿态控制器会获取外部的主体姿态控制指令，该主体姿态控制指令为用户想要该展示主体具有预设的目标姿态位置的指令。如用户对着展示主体发出语音指令，则展示主体自动转向用户发出语音指令的方向等。因此该主体姿态控制指令中应包括展示主体目标姿态位置，以便姿态控制器对展示主体进行有目的的姿态位置转换操作。随后转到步骤S1003。

在步骤S1003中，姿态控制器会以展示主体的球心作为原点建立一参考坐标系XY坐标系，姿态控制器会根据从姿态位置传感器获取的展示主体当前姿态位置以及从外部，如用户处，获取的展示主体目标姿态位置，可计算出展示主体在该参考坐标系中的偏移量，如展示主体相对球心所在的某个平面的移动矢量(包括横向移动量以及纵向移动量)以及相对球心的旋转矢量。

然后姿态控制器会将上述移动矢量以及旋转矢量转换为全向轮阵列中每个全向轮的运动分量，即根据展示主体当前姿态位置、展示主体目标姿态位置以及全向轮阵列中每个全向轮的旋转轴设置方向，确定全向轮阵列中每个全向轮的运动分量。随后转到步骤S1004。

在步骤S1004中，姿态控制器根据获取的每个全向轮的运动分量，控制全向轮阵列工作，使得展示主体达到目标姿态位置。

这样即完成了本优选实施例的机器人姿态控制方法的姿态控制过程。

本优选实施例的机器人姿态控制方法通过设置在驱动底座上的全向轮阵列对展示主体进行姿态位置控制，使得展示主体可在各个方向进行360度的旋转操作，且控制方式简单、展示主体上不需设置任何驱动结构。

请参照图11，图11为本发明的机器人姿态控制方法的第二优选实施例的流程图。本优选实施例的机器人姿态控制方法用于对上述第二优选实施例的机器人的展示主体进行姿态控制，该机器人包括具有姿态位置传感器的展示主体以及驱动底座，驱动底座包括用于放置展示主体的主体设置孔、设置在主体设置孔边缘的全向轮阵列以及姿态控制器。本优选实施例的机器人姿态控制方法包括：

步骤S1101，姿态控制器生成主体放置指令，并根据主体放置指令从姿态位置传感器上接收展示主体当前姿态位置；

步骤S1102，姿态控制器接收主体姿态控制指令，并从主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；

步骤S1103，姿态控制器根据展示主体当前姿态位置、展示主体目标姿态位置以及全向轮阵列中每个全向轮的旋转轴设置方向，确定全向轮阵列中每个全向轮的运动分量；

步骤S1104，姿态控制器根据每个全向轮的运动分量，控制全向轮阵列工作，使得展示主体达到目标姿态位置。

以图3中的展示主体为球形主体为例，下面详细说明本优选实施例的机器人姿态控制方法的各步骤的具体流程。

在步骤S1101中，如用户要使用该机器人时，首先用于可将展示主体设置在驱动底座的主体设置孔中，这样展示主体的驱动部会与主体设置孔边缘的全向轮阵列接触。这里优选展示主体的中心在全向轮阵列所在平面上的投影，与主体设置的中心在全向轮阵列所在平面上的投影重合，以便全向轮阵列可对展示主体进行更稳定的驱动。

随后姿态控制器会检测到展示主体已设置在主体设置孔中，则会生成对应的用于获取展示主体当前姿态位置的主体放置指令；进一步的，当展示主体未设置在驱动底座时，驱动底座可处于空载状态的工作模式，这时姿态控制器可检测全向轮阵列中的所有全向轮是否接触到展示主体的驱动部，如全向轮阵列中的所有全向轮接触到展示主体的驱动部，则姿态控制器生成主体放置指令，并且将驱动底座的工作模式切换为驱动状态。

然后姿态控制器通过无线传输模块将该主体放置指令发送至姿态位置传感器上，以便姿态位置传感器检测并返回展示主体的展示主体当前姿态位置。这里的姿态位置传感器包括加速度传感器以及磁场传感器，具体的，加速度传感器以及磁场传感器通过惯性测量技术(IMU，Inertial measurement unit)获取展示主体当前姿态位置，如展示主体的姿态欧拉角(如俯仰角、横滚角以及朝向角等)，从而可通过对全向轮阵列施加运动控制来调节展示主体的姿态欧拉角，实现展示主体的任意朝向的虚轴驱动控制。随后转到步骤S1102。

在步骤S1102中，姿态控制器会获取外部的主体姿态控制指令，该主体姿态控制指令为用户想要该展示主体具有预设的目标姿态位置的指令。如用户对着展示主体发出语音指令，则展示主体自动转向用户发出语音指令的方向等。因此该主体姿态控制指令中应包括展示主体目标姿态位置，以便姿态控制器对展示主体进行有目的的姿态位置转换操作。

当然这里姿态控制器可对主体姿态控制指令中是否包括展示主体目标姿态位置进行判断，如主体姿态控制指令中未包括展示主体目标姿态位置，则姿态控制器可将预设的默认展示主体姿态位置设置为展示主体目标姿态位置。如主体姿态控制指令中包括展示主体目标姿态位置，则姿态控制器从主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置。随后转到步骤S1103。

在步骤S1103中，姿态控制器会以展示主体的球心作为原点建立一参考坐标系XY坐标系，姿态控制器会根据从姿态位置传感器获取的展示主体当前姿态位置以及从外部，如用户处，获取的展示主体目标姿态位置，可计算出展示主体在该参考坐标系中的偏移量，如展示主体相对球心所在的某个平面的移动矢量(包括横向移动量以及纵向移动量)以及相对球心的旋转矢量。如图7中的移动矢量V(包括横向移动量Vx以及纵向移动量Vy)以及旋转矢量ω。

然后姿态控制器会将上述移动矢量以及旋转矢量转换为全向轮阵列中每个全向轮的运动分量，即根据展示主体当前姿态位置、展示主体目标姿态位置以及全向轮阵列中每个全向轮的旋转轴设置方向，确定全向轮阵列中每个全向轮的运动分量。如图7和图8中的全向轮a1、全向轮a2以及全向轮a3的运动分量。具体请参照如下公式：

其中ω_b＝ω/sin(αrctg(L/R))；

其中XY坐标系为参考坐标系，设ω₁为全向轮a1的转动角速度，ω₂为全向轮a2的转动角速度，ω₃为全向轮a3的转动角速度，R为全向轮的半径，Ol为3个全向轮的轴线交点，L为全向轮中心到Ol的距离，α为两个全向轮之间的夹角，θ为展示主体前向与X轴在水平面投影的夹角。随后转到步骤S1104。

在步骤S1104中，姿态控制器根据获取的每个全向轮的运动分量，即全向轮a1的转动角速度ω₁，全向轮a2的转动角速度ω₂以及全向轮a3的转动角速度ω₃，控制全向轮阵列工作，使得展示主体达到目标姿态位置。

这样即完成了本优选实施例的机器人姿态控制方法的姿态控制过程。

优选的，在步骤S1101中，姿态控制器也可不直接通过姿态位置传感器获取展示主体当前姿态位置，如姿态控制器生成主体放置指令后，可根据主体放置指令对展示主体进行预设姿态变换。随后姿态控制器根据上述预设姿态变换时，姿态位置传感器的参数变化量，确定展示主体当前姿态位置。

在第一优选实施例的基础上，本优选实施例的机器人姿态控制方法可对驱动底座的工作状态进行辨认，从而可进一步提高展示主体的驱动稳定性；通过多个传感器的设置，使得获取的展示主体当前姿态位置更加准确；同时还可通过多个方式获取展示主体当前姿态位置以及展示主体目标姿态位置，因此进一步简化了对展示主体进行姿态位置控制的难度。

本发明的机器人姿态控制方法及机器人通过设置在驱动底座上的全向轮阵列对展示主体进行姿态位置控制，使得展示主体可在各个方向进行360度的旋转操作，且控制方式简单、展示主体上不需设置任何驱动结构；解决了现有的机器人的运动范围受限或控制方式复杂、制作成本较高的技术问题。

本文提供了实施例的各种操作。在一个实施例中，所述的一个或多个操作可以构成一个或多个计算机可读介质上存储的计算机可读指令，其在被电子设备执行时将使得计算设备执行所述操作。描述一些或所有操作的顺序不应当被解释为暗示这些操作必需是顺序相关的。本领域技术人员将理解具有本说明书的益处的可替代的排序。而且，应当理解，不是所有操作必需在本文所提供的每个实施例中存在。

而且，尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件、资源等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或多个其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的方法。

综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，实施例前的序号，如“第一”、“第二”等仅为描述方便而使用，对本发明各实施例的顺序不造成限制。并且，上述实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种机器人姿态控制方法，用于对机器人的展示主体进行姿态控制，其中所述机器人包括具有姿态位置传感器的展示主体以及驱动底座，所述展示主体包括用于展示信息的展示部以及具有球形轮廓底面的驱动部；所述驱动底座包括用于放置所述展示主体的主体设置孔、设置在所述主体设置孔边缘的全向轮阵列以及姿态控制器；其特征在于，所述机器人姿态控制方法包括：

所述姿态控制器生成主体放置指令，并根据所述主体放置指令从姿态位置传感器上接收展示主体当前姿态位置；

所述姿态控制器接收主体姿态控制指令，并从所述主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；

所述姿态控制器根据所述展示主体当前姿态位置以及所述展示主体目标姿态位置计算所述全向轮阵列中每个全向轮的运动分量；以及

所述姿态控制器根据每个全向轮的运动分量，控制所述全向轮阵列工作，使得所述展示主体达到目标姿态位置。

2.根据权利要求1所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述展示主体为球形主体，所述全向轮阵列托住所述球形主体，并且所述球形主体的中心在所述全向轮阵列所在平面上的投影，与所述主体设置孔的中心在所述全向轮阵列所在平面上的投影重合。

3.根据权利要求1所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述全向轮均匀的设置在所述主体设置孔边缘，所述根据所述展示主体当前姿态位置以及所述展示主体目标姿态位置确定所述全向轮阵列中每个全向轮的运动分量的步骤包括：

根据所述展示主体当前姿态位置、所述展示主体目标姿态位置以及所述全向轮阵列中每个全向轮的旋转轴设置方向，确定所述全向轮阵列中每个全向轮的运动分量。

4.根据权利要求1所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述机器人姿态控制方法的步骤包括：

当所述驱动底座的工作模式处于空载状态时，检测所述全向轮阵列中的所有全向轮是否接触到所述展示主体的驱动部；

如所述全向轮阵列中的所有全向轮接触到所述展示主体的驱动部，则发出所述主体放置指令，并将所述驱动底座的工作模式切换为驱动状态。

5.根据权利要求1所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述姿态位置传感器包括用于通过惯性测量获取所述展示主体当前姿态位置的加速度传感器以及磁场传感器。

6.根据权利要求1所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述机器人姿态控制方法包括：

所述姿态控制器生成主体放置指令，并根据所述主体放置指令对所述展示主体进行预设姿态变换；以及

所述姿态控制器根据所述预设姿态变换时，所述姿态位置传感器的参数变化量，确定所述展示主体当前姿态位置。

7.根据权利要求1所述的机器人姿态控制方法，其特征在于，所述姿态控制器接收主体姿态控制指令，并从所述主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置的步骤包括：

判断所述主体姿态控制指令中是否包括所述展示主体目标姿态位置；

如所述主体姿态控制指令中未包括所述展示主体目标姿态位置，则将默认展示主体姿态位置设置为所述展示主体目标姿态位置。

8.一种机器人，其特征在于，包括：

展示主体，内设有用于反馈所述展示主体的姿态位置的姿态位置传感器，其包括用于展示信息的展示部以及具有球形轮廓底面的驱动部；以及

驱动底座，设置有用于放置所述展示主体的主体设置孔，包括：

全向轮阵列，设置在所述主体设置孔的边缘，用于改变所述展示主体的姿态位置；以及

姿态控制器，用于控制所述全向轮阵列；

其中所述姿态控制器包括：

当前姿态位置接收模块，用于生成主体放置指令，并根据所述主体放置指令，从所述姿态位置传感器上接收展示主体当前姿态位置；

目标姿态位置获取模块，用于接收主体姿态控制指令，并从所述主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；

运动分量计算模块，用于根据所述展示主体当前姿态位置以及所述展示主体目标姿态位置计算所述全向轮阵列中每个全向轮的运动分量；以及

全向轮阵列控制模块，用于根据每个全向轮的运动分量，控制所述全向轮阵列工作，使得所述展示主体达到目标姿态位置。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述展示主体为球形主体，所述全向轮阵列托住所述展示主体，并且所述展示主体的中心在所述全向轮阵列所在平面上的投影，与所述主体设置孔的中心在所述全向轮阵列所在平面上的投影重合。

10.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述全向轮均匀的设置在所述主体设置孔边缘，所述运动分量计算模块用于：

根据所述展示主体当前姿态位置、所述展示主体目标姿态位置以及所述全向轮阵列中每个全向轮的旋转轴设置方向，确定所述全向轮阵列中每个全向轮的运动分量。

11.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述姿态控制器还包括：

接触检测模块，用于当所述驱动底座的工作模式处于空载状态时，检测所述全向轮阵列中的所有全向轮是否接触到所述展示主体的驱动部；以及

工作模式切换模块，用于如所述全向轮阵列中的所有全向轮接触到所述展示主体的驱动部，则发出所述主体放置指令，并将所述驱动底座的工作模式切换为驱动状态。

12.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述姿态位置传感器包括用于通过惯性测量获取所述展示主体当前姿态位置的加速度传感器以及磁场传感器。

13.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述当前姿态位置接收模块包括：

预设姿态变换单元，用于生成主体放置指令，并根据所述主体放置指令对所述展示主体进行预设姿态变换；以及

当前姿态位置确定单元，用于根据所述预设姿态变换时，所述姿态位置传感器的参数变化量，确定所述展示主体当前姿态位置。

14.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述目标姿态位置获取模块包括：

判断单元，用于判断所述主体姿态控制指令中是否包括所述展示主体目标姿态位置；

第一目标姿态位置获取单元，用于从所述主体姿态控制指令中获取展示主体目标姿态位置；以及

第二目标姿态位置获取单元，用于将默认展示主体姿态位置设置为所述展示主体目标姿态位置。

Images