CN109382834A - 智能机器人 - Google Patents

Abstract

目前国内研发的机器人，在模拟人类活动方面智能水平并不高，还仅限于双臂机器人，下肢部分采用基座底盘滚轮的形式，本发明的智能机器人，具有与人类同样灵活的运动功能，具有自动适应环境变化的能力，保障了智能机器人及所处环境的安全性，具有根据用户输入的指令，自动形成任务步骤和自动独立完成任务的能力，其组成包括骨架系统和功能系统两部分，骨架系统支持、保持智能机器人的形状，也是完成工作任务的执行机构，由骨骼、关节、神经、肌肉、筋膜、韧带、皮肤等组成；功能系统按照人类所处环境的规则与准则，完成智能机器人所扮演角色的功能，帮助人类完成指定的工作，由控制系统、驱动系统、感知系统、导航定位系统、路径规划系统、任务系统、技能系统、信息库、人机交互系统等组成。

Description

智能机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人，特别涉及具有类似人体骨骼、神经、运动系统的高自主性和适应性的高级智能机器人。

背景技术

本世纪以来，智能机器人发展迅速，但是，目前研制中的智能机器人水平并不高。智能机器人研究中当前的核心问题有两方面：一方面是提高智能机器人的自主性，即希望智能机器人进一步独立于人，具有更为友善的人机界面，能够自动形成任务的步骤，并自动完成它。另一方面是，提高智能机器人的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，从而具有更高的安全保障性及更优秀的完成任务的能力。

发明内容

本发明所要解决的课题

目前国内研发的机器人，在模拟人类的运动方面还仅限于双臂机器人，而下肢大部分采用基座底盘滚轮的形式，本发明所要解决的课题之一，是使智能机器人具有完全类人的灵活的运动功能；本发明所要解决的课题之二，是使智能机器人具有自适应能力，自动适应环境变化，并且具有与人及环境对象良好的沟通和协作的能力；本发明所要解决的课题之三，是使智能机器人具有根据用户界面输入或者语音输入的任务指令，自动形成任务步骤和自动独立完成任务的能力。

用于解决课题的技术方案

本发明的智能机器人的特征为，具备：与人类同样灵活的运动功能，自适应环境的能力以及自动形成任务步骤和自动独立完成任务的能力。其组成包括：骨架系统和功能系统。

所述骨架系统，是支持、保持所述智能机器人的形状，也是所述智能机器人赖以完成工作任务的执行机构。因为具有智能的仿人体骨骼、神经、运动系统的设计结构，从而使所述智能机器人，具有与人类同样灵活的运动功能。所述骨架系统由骨骼、关节、神经、肌肉、筋膜、韧带、皮肤等组成。

所述功能系统，是指按照人类环境或者所处环境的规则与准则(解释：这里所说的规则与准则是指，人类社会在长期的生活环境实践中所形成的法律法规、社会一般规则、民风民俗等)，完成所述智能机器人所扮演角色的功能，从而帮助人类完成各类指定的工作的功能。其组成包括，控制系统、驱动系统、感知系统、导航定位系统、路径规划系统、任务系统、技能系统、信息库、人机交互系统等子系统。

所述控制系统，是所述智能机器人的运算与指挥中枢，负责对任务指令信息进行处理，依据系统预设的规则与准则，控制所述感觉系统及所述驱动系统的工作，并负责各系统之间的信息交互。

所述驱动系统，安装于所述骨骼的远端，接近所述关节的地方，根据所述控制系统的指令，驱动与之相连接的所述神经收缩、伸展、内屈、外展等动作，以带动与之相关联的所述肌肉和所述骨骼做相应的运动动作，以便完成所述控制系统下达的任务指令。

所述感知系统，是所述智能机器人的感测系统，由视觉、听觉、触觉、嗅觉味觉等子系统组成。所述感知系统，依据各子系统传感器所收集到的环境元素对象的属性特征，与所述信息库中预设物体元素对象的属性特征的对比，很容易的识别环境中的物体并掌握其行为，再配合导航定位系统和路径规划系统，从而使所述智能机器人，具有自适应能力，自动适应环境变化的能力，以保障所述智能机器人和所处环境的安全。

所述导航定位系统，是所述智能机器人系统中，自主导航定位的功能，为所述路径规划系统提供素材信息。所述路径规划系统，是依据一些优化准则，在所述智能机器人工作空间中找到从起始状态到目标状态可以避开障碍物的最优路径。

所述任务系统，负责将任务列表中的任务分解，依据所述技能系统提供的一系列功能，自动组装技能功能，形成任务执行步骤，再调用所述路径规划系统，依据任务执行时间和地址环境对路径进行规划，形成完整的任务执行方案，然后交给所述控制系统下达指令完成任务。因所述任务系统具有自动组装任务的功能，从而使所述智能机器人具有自动独立完成任务的能力。

所述技能系统，存储预先设定的一系列所述智能机器人的技能，由分解到最小的单元功能组成。所述技能系统分普通技能和岗位技能两部分。

所述信息库，是所述智能机器人的系统数据库，存储所述智能机器人的系统信息、用户输入信息、任务信息、规则准则、各类物体元素对象的属性特征和行为方法以及所述智能机器人生命周期的数据。

所述人机交互系统，可以方便的由界面输入或者语音输入任务指令，并查询任务所完成的过程状况，以及所述智能机器人所处的环境场景等。

根据本发明，因为，智能的仿人体结构设计，和对环境元素对象属性特征独有的识别方法，以及任务组装技术功能，所以使本发明的智能机器人具有，

其一，所述骨架系统因为具有智能的仿人体骨骼、神经、运动系统的设计结构，从而使所述智能机器人，具有与人类同样灵活的运动功能。

其二，所述感知系统，具有独有的环境元素对象属性特征的识别方法，能够很容易的识别环境中的物体并掌握其行为，再配合导航定位系统和路径规划系统，使所述智能机器人，具有自适应能力，自动适应环境的变化，并且具有与人及环境对象良好的沟通和协作的能力，从而能够帮助人类完成指定的工作，并保障所述智能机器人和所处环境的安全。

其三，所述任务系统，因为依据强大的技能系统功能，使其能够具有技能组装功能，自动形成任务的步骤，从而使所述智能机器人，具有根据用户手工输入或者语音输入指令，自动完成任务的能力。

发明效果

这样，本发明的智能机器人，具有与人类同样灵活的运动功能，具有自适应能力，自动适应环境变化的能力，具有根据用户手工输入或者语音输入指令，自动形成任务步骤和自动独立完成任务的能力，同时也能够保障所述智能机器人和所处环境的安全。

附图说明

图1是表示本发明实施方式智能机器人骨架系统10的概略结构图

图2是表示本发明实施方式智能机器人功能系统100的概略结构图

符号说明

10 智能机器人骨架系统

20 骨骼

30 神经

40 肌肉

50 筋膜

60 韧带

70 关节

80 皮肤

100 智能机器人功能系统

200 感知系统

200A 视觉子系统

200B 听觉子系统

200C 触觉子系统

200D 嗅觉味觉子系统

300 控制系统

400 驱动系统

500 导航定位系统

600 路径规划系统

700 技能系统

800 任务系统

900 信息库

A00 人机交互系统

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式具体说明。

图1是表示本发明实施方式智能机器人骨架系统10的概略结构图。本发明的智能机器人是完全按照人体结构形态设计的，本发明的智能机器人具有与人类相仿的骨骼20、神经30和肌肉40系统。如图1所示，智能机器人骨架系统10由骨骼20、神经30、肌肉40、筋膜50、韧带60、关节70、皮肤80等组成。

骨骼20，选用优质的材料仿制人类骨骼制成，共有206块骨骼，具有人体骨骼的形状，分为：颅骨、躯干骨和四肢骨三大部分。关节70是骨骼20与骨骼20的连接部位，关节70是运动的支点，运动时肢体围绕关节70做杠杆运动，关节70处有轴承，耐磨垫圈和润滑油等，关节70由韧带60连接。

神经30由具有良好收缩和伸展性能的类橡皮筋材料制成，分感觉神经和运动神经两大部分。肌肉40为类人肌肉，包裹神经30并附着于骨骼20上面。筋膜50包裹肌肉40，形成分离层，以阻止运动时神经30的缠绕。韧带60同样由具有良好收缩和伸展性能的材料制成，在本发明的智能机器人中，韧带60与神经30不同的是，神经30的形状像绳子，功能是牵扯骨骼20做运动，而韧带60的形状是片状的，位于骨骼20与骨骼20的连接部位，主要功能是连接相邻的骨骼20。皮肤80为类人皮肤附着于智能机器人的外表面上。

因此，本发明智能机器人，因为具有智能的仿人体骨骼、神经、运动系统的设计结构，从而具有与人类同样灵活的运动功能。

图2是表示本发明实施方式智能机器人功能系统100的概略结构图。本发明的智能机器人，除了具有智能的仿人体骨骼、神经、运动系统的设计结构外，其第二点就是以人的思维方式和目光理解和适应眼前的环境或者说是世界。人类在长期的生产和生活实践中，掌握了一套适应环境并生存的能力，人类从出生到青年再到成年，需要十几或者几十年的时间，才能学会和掌握这些宝贵的经验，而现代科学技术，让智能机器人继承这些知识成为了可能性。将人类对环境中物体(动物、植物、土地、空气、水、建筑、制造工具等)的识别方法和所相处的行为方式以及所形成的规则准则，预设于智能机器人系统中，并教会它如何使用以及怎么做，这样才会是对人类有帮助的和具有安全可靠性的方案，这就是本发明智能机器人的设计理念。

如图2所示，本发明智能机器人功能系统100由：控制系统300、驱动系统400、感知系统200、导航定位系统500、路径规划系统600、任务系统800、技能系统700、信息库900、人机交互系统A00等子系统组成。

控制系统300，是本发明智能机器人系统中的计算机，类似于人的大脑，是程序运行的地方，也是本发明智能机器人系统中的控制和指挥中枢。控制系统300负责接收人机交互系统A00传递过来的用户输入的指令，存放于系统信息库900任务列表中，调用任务系统800对用户任务指令进行自动分解，组装。等待任务系统800组装成功后，从等待执行任务列表中取出待执行的任务指令，根据任务步骤，调度感知系统200和驱动系统400工作，一步一步的完成任务指令。

在完成任务指令的过程中，接受感知系统200传递过来的环境信息，依据信息库900中预先设定的物体元素对象的属性特征和行为方法，以及预先设定的规则和准则，对环境信息中的元素对象进行逐一判断，以决定是否采取沟通、帮助或者避让的行为，如果产生避让，调用任务系统800修改任务信息，对任务的下一步执行路径进行规划，然后再调度感知系统200和驱动系统400完成任务。

驱动系统400，是由一些微型发动机组成，安装于骨骼20的远端，接近关节70的地方，并且与神经30相连接，根据控制系统300的指令，驱动并控制与之相连接的神经30或者收缩，或者伸展，或者内屈，或者外展等动作，以带动与之相关联的肌肉30和骨骼20做相应的动作，以便完成控制系统300下达的任务指令。

感知系统200，是智能机器人的感测系统，相当于人类的五官，负责接收各子系统传递过来的环境元素信息，再依据信息库900中预先设定的物体元素对象的属性特征和行为方法，经过综合分析后，识别出环境中的各种物体，并在环境元素对象图中标识出各物体的名称及形状，然后，传递给控制系统300进行决策。它就像是在说，几点的位置有一栋什么形状什么颜色的建筑，长高宽各是多少，距离是多少；几点的位置，走过来一个人，是一个女人，穿的什么颜色的衣服，是胖还是瘦，个高是多少，距离是多少，走路速度是多少；几点的位置有一只狗狗，小型的，长宽高各是多少，什么毛色，距离是多少，狗狗正在做什么；几点的位置有一排树，几点的位置有什么路标等等。当然，这是最理想的结果，信息库900中物体元素对象的结构就像是一颗颗倒置的树，感知系统200是自上而下从父类元素对象开始遍历，例如，如果碰到一个不认识的动物，不能做到细分，它就会这样描述，几点的位置走过来一只动物，中型，什么样的毛色，长宽高是多少，距离是多少，走路的方向以及速度是多少等等。

感知系统200说的是什么，传递给控制系统300，控制系统300说需要怎么做，然后再调度感知系统200和驱动系统400进行下一步的动作。

感知系统200是由摄像系统，测量系统，激光传感器、雷达传感器、超声波传感器、智能传感器等构成，分视觉200A、听觉200B、触觉200C、嗅觉味觉200D子系统。依据各子系统传感器所收集到的环境元素对象的属性特征，与信息库900中预设物体元素对象的属性特征的对比，很容易的识别环境中的物体并掌握其行为，再配合导航定位系统500和路径规划系统600，使本发明智能机器人，具有自适应能力，自动适应环境变化的能力，从而保障智能机器人和所处环境的安全。

导航定位系统500，是本发明智能机器人系统中，自主导航定位的功能，采用多种导航定位的方式，为路径规划系统600提供素材信息。导航定位系统500，是一个独立的功能模块，在本发明智能机器人从停止状态(初始状态或未工作状态)启动到工作状态后，由控制系统300启动导航定位系统500。

路径规划系统600，是依据导航定位系统500所提供的信息和感知系统200所提供的环境场景中的路况、路标、交通标识等信息，再依据一些优化准则，在智能机器人所处环境中的多条路径中，找到从起始状态到目标状态可以避开障碍物的最优路径。

任务系统800，负责任务列表中的任务的分解，组装工作。本发明智能机器人系统中有一部分预设的组装好的任务，任务系统800执行任务分解组装工作时，先到任务库中搜索是否有满足条件的任务功能，如果找到，再依据任务执行时间和任务执行的地址环境以及当前智能机器人所处环境的位置信息，调用路径规划系统600对任务路径进行规划，然后对任务进行修改，重新组装形成新的任务执行方案，放入等待执行任务列表中，交给控制系统300下达指令完成任务。如果没有找到满足条件的任务功能，任务系统800对任务进行分解，依据技能系统700提供的一系列功能，自动组装技能功能，形成任务执行步骤，再依据任务执行时间和任务执行的地址环境以及当前智能机器人所处环境的位置信息，调用路径规划系统600对任务路径进行规划，形成完整的任务执行方案，放入等待执行任务列表中，交给控制系统300下达指令完成任务。等待任务执行完成后，将组装的新任务放入任务库中保存。

技能系统700，存储预先设定的一系列智能机器人的技能，是将人类在生产生活中想要完成一件事情所要做的动作，分解成一个个最小的单元功能。技能系统700分普通技能和岗位技能两部分。普通技能是人类在生活实践中每个人都通有的技能，岗位技能是人们在特定岗位环境中专有的技能。

信息库900，是本发明智能机器人的系统数据库，存储感知系统200、驱动系统400信息，用以控制感知系统200和驱动系统400工作；存储任务列表块，用于保存用户输入的任务指令，组装完成的待执行任务和已经执行过的任务信息；存储环境元素对象的属性和行为方法；存储规则准则；存储导航定位信息和路况路径信息；存储当前环境场景信息以及本发明智能机器人生命周期的数据。

人机交互系统A00，是用户与本发明智能机器人的交互界面，提供给用户可以方便的由界面输入或者语音输入任务指令的功能，可以方便的沟通与交流，并可以方便的查询任务所完成的过程状况，以及智能机器人当前所处的环境场景等。支持本体控制和远程控制，支持任务执行过程的实时播放及回放。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可进行种种变更，那些变更也包含在本发明的范围内，这是不言而喻的。

Claims (10)

1.一种智能机器人，具有与人类同样灵活的运动功能，具有自适应能力，自动适应环境变化的能力，具有根据用户手工输入或者语音输入指令，自动形成任务步骤和自动独立完成任务的能力，其组成包括：骨架系统和功能系统。

2.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，

所述骨架系统，具有智能的仿人体骨骼、神经、运动系统的设计结构，从而使所述智能机器人，具有与人类同样灵活的运动功能，所述骨架系统由骨骼、关节、神经、肌肉、筋膜、韧带、皮肤等组成。

3.根据权利要求1～2所述的智能机器人，其特征在于，

所述骨骼选用优质的材料仿制人类骨骼制成，共有206块骨骼，具有人体骨骼的形状，分为：颅骨、躯干骨和四肢骨三大部分；所述神经由具有良好收缩和伸展性能的类橡皮筋材料制成，分感觉神经和运动神经两大部分，所述神经的形状像绳子，功能是牵扯骨骼做运动；所述肌肉为类人肌肉，包裹神经并附着于骨骼上面；所述筋膜包裹肌肉，形成分离层，以阻止运动时神经的缠绕；所述韧带同样由具有良好收缩和伸展性能的材料制成，所述韧带的形状是片状的，位于骨骼与骨骼的连接部位，主要功能是连接相邻的骨骼，所述皮肤为类人皮肤附着于所述智能机器人的外表面上。

4.根据权利要求1～3所述的智能机器人，其特征在于，

所述功能系统，是指按照人类环境或者所处环境的规则与准则，完成所述智能机器人所扮演角色的功能，从而帮助人类完成各类指定的工作的功能，其组成包括，控制系统、驱动系统、感知系统、导航定位系统、路径规划系统、任务系统、技能系统、信息库、人机交互系统等子系统。

5.根据权利要求1～4所述的智能机器人，其特征在于，

所述控制系统，是本发明智能机器人系统中的计算机，负责接收所述人机交互系统传递过来的用户输入的指令，存放于所述信息库任务列表中，调用所述任务系统对用户任务指令进行自动分解，组装，等待所述任务系统组装成功后，从等待执行任务列表中取出待执行的任务指令，根据任务步骤，调度所述感知系统和所述驱动系统工作，在完成任务指令的过程中，接受所述感知系统传递过来的环境信息，依据信息库中预先设定的物体元素对象的属性特征和行为方法，以及预先设定的规则和准则，对环境信息中的元素对象进行逐一判断，以决定是否采取沟通、帮助或者避让的行为，如果产生避让，调用所述任务系统修改任务信息，对任务的下一步执行路径进行规划，然后再调度所述感知系统和所述驱动系统完成任务。

6.根据权利要求1～5所述的智能机器人，其特征在于，

所述驱动系统，安装于所述骨骼的远端，接近所述关节的地方，并且与所述神经相连接，根据所述控制系统的指令，驱动并控制与之相连接的所述神经或者收缩，或者伸展，或者内屈，或者外展等动作，以带动与之相关联的所述肌肉和所述骨骼做相应的动作，以便完成所述控制系统下达的任务指令。

7.根据权利要求1～5所述的智能机器人，其特征在于，

所述感知系统，是所述智能机器人的感测系统，由视觉、听觉、触觉、嗅觉味觉子系统组成，所述感知系统负责接收各子系统传递过来的环境元素信息，再依据所述信息库中预先设定的物体元素对象的属性特征和行为方法，经过综合分析后，识别出环境中的各种物体，并在环境元素对象图中标识出各物体的名称及形状，然后，传递给所述控制系统进行决策。

8.根据权利要求1～5所述的智能机器人，其特征在于，

所述任务系统，负责任务列表中的任务的分解，组装工作，任务系统执行任务分解组装工作时，先到任务库中搜索是否有满足条件的任务功能，如果找到，再依据任务执行时间和任务执行的地址环境以及当前智能机器人所处环境的位置信息，调用所述路径规划系统对任务路径进行规划，然后对任务进行修改，重新组装形成新的任务执行方案，放入等待执行任务列表中，交给控制系统下达指令完成任务；如果没有找到满足条件的任务功能，所述任务系统对任务进行分解，依据所述技能系统提供的一系列功能，自动组装技能功能，形成任务执行步骤，再依据任务执行时间和任务执行的地址环境以及当前智能机器人所处环境的位置信息，调用所述路径规划系统对任务路径进行规划，形成完整的任务执行方案，放入等待执行任务列表中，交给控制系统下达指令完成任务，等待任务执行完成后，将组装的新任务放入任务库中保存。

9.根据权利要求1～5和权力要求8所述的智能机器人，其特征在于，

所述技能系统，存储预先设定的一系列所述智能机器人的技能，所述技能是将人类在生产生活中想要完成一件事情所要做的动作，分解成一个个最小的功能单元，所述技能系统分普通技能和岗位技能两部分，普通技能是人类在生活实践中每个人都通有的技能，岗位技能是人们在特定岗位环境中专有的技能。

10.根据权利要求1～5和权力要求7、8所述的智能机器人，其特征在于，

所述信息库，是本发明智能机器人的系统数据库，存储所述感知系统、所述驱动系统信息，用以控制所述感知系统和所述驱动系统工作；存储任务列表块，用于保存用户输入的任务指令，组装完成的待执行任务和已经执行过的任务信息；存储环境元素对象的属性和行为方法；存储规则准则；存储导航定位信息和路况路径信息；存储当前环境场景信息以及本发明智能机器人生命周期的数据。