CN110053682A - 一种机器人和控制机器人运动的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机器人和控制机器人运动的方法，本申请机器人具有本体、机械脚驱动装置以及通过机械脚驱动装置连接在本体上的至少两个机械脚；机器人的本体包括设置于本体中的处理器，处理器与机械脚驱动装置连接，基于该结构，处理器可通过机械脚驱动装置控制机械脚，本申请中机器人的运动灵活性基于机械脚实现，该机械脚可弯折，且机械脚的表面设置有具有吸附力的吸附部件，使得机械脚可以在高低起伏的路径表面上，通过吸附部件固定自身，也可以通过机械脚的弯折使得本体产生移动，提升家用的机器人的运动灵活性，提升用户体验。

Description

一种机器人和控制机器人运动的方法

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人和控制机器人运动的方 法。

背景技术

目前，随着科学技术的不断发展，机器人作为可应用范围十分广泛的机器 装置，正受到越来越多的关注，各种类型的机器人被研发出来，例如可移动的 双足机器人，可进行清洁的扫地机器人，可完成洗碗等简单家务的家庭机器人， 可提供日常倒水、跳舞娱乐等简单服务功能的智能服务机器人；随着机器人技 术的不断进步，机器人不仅可以应用于日常生活，还可以应用于医学领域，例 如目前已经研发出来的，可以帮助高位截瘫患者完成取药等简单工作的移动护 理机器人，以及可以帮助医生更好地实现精细手术的手机机器人等等。

但是若想让机器人更好地普及在家庭生活中，则需要机器人可以根据家庭 服务的特点具有某些特别的功能，尤其是更加灵活和强大的行走能力。目前， 家庭服务领域的机器人普遍采用直立式智能机器人，其占地面积大，只能直线 运动和转弯。但是，就目前的国情来看，对于一般家庭而言，住房紧张情况是 普遍存在的，所以房间一般设计地比较紧凑，顺利穿梭于不同房间是住房紧张 情况下对于家庭服务的机器人的需求，并且，若是居民住房超过两层，则运动 灵活的家用机器人能为用户提供更好的服务。

发明内容

本申请实施例提供一种机器人和控制机器人运动的方法，可提供运动更加 灵活、且适于攀爬的机器人。

本申请实施例第一方面提供一种机器人，该机器人包括：本体、机械脚驱 动装置以及通过所述机械脚驱动装置连接在所述本体上的至少两个机械脚；

所述机械脚可弯折，且所述机械脚的表面设置有具有吸附力的吸附部件； 所述本体包括设置于所述本体中的处理器，所述处理器与所述机械脚驱动装置 连接。

本申请实施例第二方面提供一种控制机器人运动的方法，应用于如本申请 实施例第一方面提供的机器人，该控制机器人运动的方法包括：

基于所述机器人当前运动的目标路径，确定基于所述目标路径运动是否需 要攀爬；

若是，则在所述机器人运动到所述目标路径上的待攀爬位置时，通过所述 处理器以及所述机械脚驱动装置，控制所述机械脚产生适于所述待攀爬位置的 弯折，推动所述机器人经过所述待攀爬位置。

由上可知，本实施例的机器人具有本体、机械脚驱动装置以及通过所述机 械脚驱动装置连接在所述本体上的至少两个机械脚；所述本体包括设置于所述 本体中的处理器，所述处理器与所述机械脚驱动装置连接；本申请中机器人的 运动灵活性基于机械脚实现，本申请中机械脚可弯折，且所述机械脚的表面设 置有具有吸附力的吸附部件，使得机械脚可以在高低起伏的路径表面上，通过 吸附部件固定自身，也可以通过机械脚的弯折使得本体产生移动，提升家用的 机器人的运动灵活性，提升用户体验。

附图说明

图1为本申请提供的机器人一个实施例结构示意图；

图2为本申请图1中机器人的机械脚的结构示意图；

图3为本申请图1中机器人的车轮的结构示意图；

图4-12为本申请的机器人翻越门框的过程的示意图；

图13为本申请提供的控制机器人移动的方法一个实施例流程示意图。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结 合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基 于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种运动灵活、适于攀爬的机器人，可以穿梭于不同 房间，适于多层住房情况以及住房紧张情况下的家庭服务需求，有利于提升用 户体验。

参见图1，本实施例的机器人包括：本体11、机械脚驱动装置(图中未示 出)以及通过所述机械脚驱动装置连接在所述本体上的至少两个机械脚12。本 体包括设置于所述本体中的处理器，所述处理器与所述机械脚驱动装置连接； 本实施例中的机械脚可弯折(如图2所示)。

为了增加机器人在非平面运动(尤其是攀爬)时的稳定性，本实施例中的 机械脚的表面设置有具有吸附力的吸附部件。可选的，该具有吸附力的吸附部 件均匀地分布在机械脚的表面。

可以理解的是，本实施例中机器人还包括电源电路，电源电路设置在本体 中，与处理器、机械脚驱动装置连接，为处理器和机械脚驱动装置供电。

本实施例中机械脚的可弯折部位的数量，可以根据对机械脚的弯折性能的 需求而设置，机械脚的可弯折部位可以只有一个，也可以有多个，例如机械脚 上的可弯折部位设置为4个，机械脚上的可弯折部位设置为8个等等，在图2 所示的机械脚的示意图中，两条长线和之间的每一条短线都代表一个可弯折部 位。可选的，机械脚的数量为至少两条，在没有地面上的路径可选的时候，通 过该机械脚，机器人可被吸附于墙壁等，机械脚的吸附部件可保障机器人不坠 落，机械脚的可弯折性可以使得机器人的本体可相对墙壁等被吸附物移动，最 终帮助机器人完成本次攀爬。

可选的，机械脚的数量可以为4个，机械脚为长条形，机械脚的长度可以 根据实际需要设置。可选的，机械脚在本体上的分布可以根据本体的立体形状 确定，如图1中的机器人的本体是常规的长方体，4个机械脚分布在长方体的 两个相互面对的侧面上，每个侧面上各有两个机械脚。为了保证机器人运动的 稳定性，可选的，机器人的重心到各个机械脚与本体连接的位置的距离越接近 越好。

可以理解的是，机器人的机械脚的形状除了图1中的长条形，还可以采用 其它的形状本实施例对此没有限制。可选的，在一个示例中，机器人的本体可 弯折，参见图1，图1中虚线c代表本体可弯折的部位，当然，若是设计允许， 机器人的本体上可弯折的部位可以不止一处。

为了机器人在平坦地面的行驶，本实施例中机器人的本体上还设置有车轮 驱动装置，以及通过所述车轮驱动装置安装在所述本体上的车轮(图1中的13)， 所述车轮驱动装置与所述处理器连接，基于该连接，车轮驱动装置可以在处理 器的控制下，实现对车轮的控制，以使得所述机器人在前、后、左、右等各方 向上运动，以及在需要的时候转弯。可选的，本实施例中的车轮的表面设置有 具有吸附力的吸附部件。机器人在静止时，该吸附部件可以使得机器人稳稳地 固定在地面。可选的，车轮的数量可以根据实际需要设置，例如2、3个或4 个等等。

可选的，本实施例中在车轮和机械脚上的吸附部件为吸盘，该吸盘的大小 尺寸可以根据车轮和机械脚的尺寸设置，可以理解的是车轮和机械脚上的吸盘 的尺寸、材料等可以不同。车轮的结构可参见图3所示，车轮可以是球形，图 3中球体上的一个个圈代表一个个吸盘，图3中球形的车轮上连接的杆状物是 车轮驱动装置的一部分。在不翻越障碍物的情况下，机器人可以依靠本体上布 满吸盘的车轮来移动。

参见图4-12，图4-12中灰色方形代表门框，图4-12是本实施例的机器人 翻越门框的示意图。

可选的，所述本体上设置有容纳所述机械脚的容置腔室，容置腔室可以是 本体的外壳内凹形成的，为了美观，该容置腔室上还可以设置遮挡容置腔室的 盖板，当需要机械脚时，处理器控制盖板升起，控制机械脚从容置腔室中弹出， 当机械脚使用完之后，处理器控制机械脚收纳于容置腔室，然后控制盖板放下。

可选的，本实施例的机器人还包括设置于所述本体的显示屏电路，所述显 示屏电路包括外露于所述本体表面的显示屏，所述显示屏电路与所述处理器以 及电源电路连接。本实施例的显示屏可以液晶显示屏、触控显示屏等等，本实 施例对此没有限制。

为了拓展机器人的功能，提升机器人对外界环境和用户指令的感知程度， 本实施例中，所述机器人还包括设置于所述本体的预设传感器，所述预设传感 器与所述处理器连接。本实施例中的预设传感器包括但不限于：压敏传感器、 温敏传感器、流体传感器、气敏传感器、光敏传感器、声敏传感器、化学传感 器等等。

可选的，所述机器人还包括通信模块和报警模块，所述通信模块和报警模 块分别与所述处理器连接。报警模块包括但不限于可发出声波的模块以及可以 自动拨打预设报警电话(如110或预设的户主电话)的模块。

可选的，所述机器人还包括扬声器电路、麦克风电路和投影仪电路，所述 扬声器电路、麦克风电路和投影仪电路分别与所述处理器连接。

基于上述机器人的结构，本申请中的机器人至少可以为用户提供以下的服 务：

声音定位：当用户发出声音，若机器人检测到的音量过小，则机器人进行 声音定位并移动到用户当前所在位置的房间或附近。

语音交互：一、基本指令执行，当用户发出相应语音指令，机器人接收语 音指令并将其处理为计算机可理解的语言，并执行该指令；二、语音聊天，机 器人通过麦克风电路以及扬声器电路与用户进行简单的交流聊天，通过这种人 性化的倾听和安慰给用户带来家庭体验。

智能家居：提供闹钟唤醒、日常行程的智能提醒、天气信息、穿衣指数、 推荐饮食、新闻等的每日播报；提供各种模式如睡眠模式、清晨模式、日间模 式以及夜间模式等的设定与选择；提供窗帘、窗户、智能家电如电饭煲、洗衣 机等的开关；生活用品、食物余量等的提醒，以及APP的网上自动采购。

儿童启智教育：机器人的本体中可存储儿童启智的软件，通过显示屏为儿 童播放对应的视频，并通过扬声器、麦克风等与儿童进行互动，实现启智教育。

安防监控：提供安防监控功能，包括远程监控、远程视频、远程电话等， 例如老人在家跌倒，可主动识别出老人跌倒，然后打电话通知用户，并且立刻 报警；可识别进入家门的陌生人，并给用户报警；可识别家中的煤气泄露，并 提醒用户或直接报警。

休闲娱乐：基于传感器的设置，机器人具有触摸感知的功能，能感知人手 在机器人不同部位的抚摸，并给予配合，还可以把充电作为虚拟喂食的方式； 当用户说出电影、音乐或节目名称，机器人可自动查找并播放，播放音乐时爬 壁机器人的四条长足可挥动跳舞等。

可选的，本体的表面还设置有具有固定功能的固定件。例如，该固定件可 以是一个夹具，用户可通过该夹具将报纸、杂志、水杯等物体固定在机器人本 体上，由机器人将该物体传输到其它家庭成员的房间。

参见图13，图13示出了一种控制机器人运动的方法，该方法包括：

步骤1301：基于机器人当前运动的目标路径，确定基于目标路径运动是否 需要攀爬；若是，则进入步骤1301，否则，按照常规方式移动；

步骤1302：在机器人运动到目标路径上的待攀爬位置时，通过处理器以及 机械脚驱动装置，控制机械脚产生适于待攀爬位置的弯折，推动机器人经过待 攀爬位置。

当机器人具有机械脚和车轮时，一般的平面运动可以通过车轮进行，而当 机器人当前运动的目标路径上需要攀爬时，可以将收纳的机械脚弹出，使用机 械脚经过需要攀爬的路段。

可选的，基于当前运动的目标路径，确定基于所述目标路径运动是否需要 攀爬前，还包括：获取当前运动的目标路径；

可选的，目标路径可以通过以下的方式得到：

获取抽象空间的起点和目标点，所述抽象空间为基于需要规划路径的物理 空间得到；

根据预设的遗传算法获取从所述起点到所述目标点的初级路径，其中，所 述初级路径由所述起点、所述目标点以及从所述起点到所述目标点之间经过的 中间节点组成；

根据预设变异方法对所述初级路径中的至少一条路径进行至少一次变异得 到变异路径，其中，所述预设变异方法为：从一初级路径中选择一个中间节点， 确定所述中间节点周围的可替换节点，将所述中间节点替换为各可替换节点得 到替换路径，从所述替换路径中选择不含障碍物且路径最短的路径作为变异路 径；

从所述初级路径和所述变异路径中选择满足预设条件的一条路径作为目标 路径。

可选的，一个示例中，上述的可替换节点满足：其替换选择的中间节点得 到的路径不含障碍物。

上述内容中得到目标路径的方式实际上是依赖于遗传算法的一种路径规划 方法。抽象空间是有秩序网格的环境空间，根据预设的遗传算法获取从所述起 点到所述目标点的初级路径包括：根据抽象空间中的起点和目标点进行染色体 编码，其中，一条染色体代表一条路径，一条路径由起点、目标点以及起点和 目标点之间的中间节点组成。初级路径上的中间节点称为染色体的基因。其中， 可以采用十进制编码方式来创建染色体。

在另一个示例中，根据预设的遗传算法获取从所述起点到所述目标点的初 级路径包括：根据抽象空间中的起点和目标点进行染色体编码；将得到的染色 体作为父代染色体，基于交叉原理生成子代染色体；其中，一条染色体代表一 条路径，一条路径由起点、目标点以及起点和目标点之间的中间节点组成，路 径上的中间节点称为染色体的基因，将父代染色体和子代染色体的路径作为初 级路径。

本示例中，对于初级路径的染色体，其具有基因突变的可能。可以用基本 遗传算法(GA算法)随机生成初始种群，初始种群也由染色体组成，其中的染 色体代表的路径是可行路径，即不含障碍物的路径。初始种群中的一部分染色 体可以是通过对其它染色体的某个基因进行变异得到，即通过更改某路径的某 个中间节点的位置得到。

本实施例中，将初级路径视为染色体，则在根据预设变异方法对所述初级 路径中的至少一条路径进行至少一次变异得到变异路径可以理解为：

(1)随机在可基因突变的染色体个体中选择一个非起点非目标点的中间节 点作为变异基因；

(2)定义一个由变异节点(变异基因对应的中间节点)周围所有可行中间 节点组成的位置；

(3)确定所有待检测路径的适应度函数，其中每条待检测路径中的变异节 点由一个可行中间节点代替；

(4)用具有最好适应度函数值的可行中间节点取代变异节点的位置得到变 异路径。

本实施例中，GA算法给出了一个染色体的适应度函数值的计算公式：

式中:f为适应度函数，定义为机器人移动过程中途径所有节点距离的 和；pi为染色体的第i个基因；n为染色体的基因个数；d为两个基因(节点) 之间的距离；n_p为惩罚因子；d(p_i，p_i+1)表示为：其中x_i，y_i为机器人当前的坐标，x_i+1，y_i+1为机器人的下一点的坐标，机器人 移动的方向由下式确定:其中，如果规划的路径中存在障碍 物，则在适应度函数中增加一个惩罚因子，惩罚因子的数值一般较大，基于上 述适应度函数的公式，可以帮助了解路径上障碍物的情况，最终寻找到不含障 碍物的路径。

可选的，所述从所述初级路径和所述变异路径中选择满足预设条件的路径 包括：从所述初级路径和所述变异路径中选择不含障碍物且长度最短的路径。

由上可知，本实施例的机器人具有本体、机械脚驱动装置以及通过所述机 械脚驱动装置连接在所述本体上的至少两个机械脚；所述本体包括设置于所述 本体中的处理器，所述处理器与所述机械脚驱动装置连接；本申请中机器人的 运动灵活性绝大部分由机械脚实现，本申请中机械脚可弯折，且所述机械脚的 表面设置有具有吸附力的吸附部件，使得机械脚可以在高低起伏的路径表面上， 通过吸附部件固定自身，也可以通过机械脚的弯折使得本体产生移动，提升家 用的机器人的运动性，提升用户体验。

进一步的，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可 读存储介质可以是设置于上述各实施例中的机器人中。该计算机可读存储介质 上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现图13所示实施例中的控制机 器人运动的方法。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述 为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的 动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。 其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施 例，所涉及的动作和模块并不一定都是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详 述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本申请所提供的机器人和控制机器人运动的方法的描述，对于本 领域的技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均 会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种机器人，其特征在于，包括：本体、机械脚驱动装置以及通过所述机械脚驱动装置连接在所述本体上的至少两个机械脚；

所述本体包括设置于所述本体中的处理器，所述处理器与所述机械脚驱动装置连接，所述机械脚可弯折，且所述机械脚的表面设置有具有吸附力的吸附部件。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述本体上还设置有车轮驱动装置，以及通过所述车轮驱动装置安装在所述本体上的车轮，所述车轮驱动装置与所述处理器连接，所述车轮的表面设置有具有吸附力的吸附部件。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述本体可弯折。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述本体上设置有容纳所述机械脚的容置腔室。

5.根据权利要求1-4任一项所述的机器人，其特征在于，所述吸附部件为吸盘，所述机械脚的数量为4个。

6.根据权利要求1-4任一项所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括设置于所述本体的显示屏电路，所述显示屏电路包括外露于所述本体表面的显示屏，所述显示屏电路与所述处理器连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括设置于所述本体的预设传感器，所述预设传感器与所述处理器连接。

8.根据权利要求1-4任一项所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括通信模块和报警模块，所述通信模块和报警模块分别与所述处理器连接。

9.一种控制机器人运动的方法，应用于如权利要求1-8任一项所述的机器人，其特征在于，包括：

基于所述机器人当前运动的目标路径，确定基于所述目标路径运动是否需要攀爬；

若是，则在所述机器人运动到所述目标路径上的待攀爬位置时，通过所述处理器以及所述机械脚驱动装置，控制所述机械脚产生适于所述待攀爬位置的弯折，推动所述机器人经过所述待攀爬位置。

10.根据权利要求9所述的控制机器人运动的方法，其特征在于，所述基于当前运动的目标路径，确定基于所述目标路径运动是否需要攀爬前，还包括：

通过以下的步骤获取目标路径：

获取抽象空间的起点和目标点，所述抽象空间为基于需要规划路径的物理空间得到；

根据预设的遗传算法获取从所述起点到所述目标点的初级路径，其中，所述初级路径由所述起点、所述目标点以及从所述起点到所述目标点之间经过的中间节点组成；

根据预设变异方法，对所述初级路径中的至少一条路径进行至少一次变异得到变异路径，其中，所述预设变异方法为：从一初级路径中选择一个中间节点，确定所述中间节点周围的可替换节点，将所述中间节点替换为各可替换节点得到替换路径，从所述替换路径中选择不含障碍物且路径最短的路径作为变异路径；

从所述初级路径和所述变异路径中选择满足预设条件的一条路径作为目标路径。