CN110083093A - 一种微型仿生机器人的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微型仿生机器人的控制系统及方法，涉及机器人控制技术领域，包括：数据采集模块，用于对目标群体进行实时检测并输出检测结果；控制模块，连接所述数据采集模块，用于对所述检测结果进行处理得到所述目标群体中的各目标个体的的狂躁值，并将各所述目标个体的所述狂躁值依次与预先设置的阈值进行比较，在所述狂躁值大于预先设置的阈值时生成相应的控制指令并输出；执行模块，连接所述控制模块，用于存储所述镇定剂，并根据所述控制指令向对应的所述目标个体释放所述镇定剂。本发明能够有效缓解甚至解决目标群体暴动事件，包括人类群体和动物群体，减少甚至避免出现人员伤亡，且有效降低仿生机器人的制作成本。

Description

一种微型仿生机器人的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种微型仿生机器人的控制系统及方法。

背景技术

仿生学是生物科学和工程技术相结合的一门边缘学科，通过学习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制，来改进现有的或创新新的机械、仪器、建筑和工艺过程。仿生学在机器人科学中的应用，推动了机器人的适应能力向非结构化、未知的环境方向发展。随着机器人技术、仿生技术、控制技术以及制造技术的进步，机器人应用领域的不断拓展，仿生机器人由于其高度灵活性和柔性已受到机器人学者的广泛关注和研究。仿生机器人的研究是以机器人技术和仿生学的发展为基础，人类通过研究、学习、模仿来复制和再造某些生物特性和功能，制造出能够代替人类从事恶劣环境下工作的仿生机器人，对于仿生机器人的研究是多方面的，因此出现了功能、形状各异以及工作原理不同的仿生机器人，种类繁多。

针对群体性事件，现有的处理机制包括及时调配相应人员根据设定的应急预案进行处理。但无论是人类群体的暴乱，还是动物群体的躁动，处理过程都十分危险，甚至极有可能造成处理人员以及目标群体的伤亡，因此亟需一种可以辅助处理人员进行群体性事件处理的微型仿生机器人。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微型仿生机器人的控制系统，具体包括：

数据采集模块，用于对目标群体进行实时检测并输出检测结果；

控制模块，连接所述数据采集模块，所述控制模块具体包括：

目标识别单元，用于对所述检测结果进行处理得到所述目标群体中的各目标个体的检测数据；

数据处理单元，连接所述目标识别单元，用于对各所述目标个体的所述检测数据进行处理得到各所述目标个体的狂躁值；

控制单元，连接所述数据处理单元，用于将各所述目标个体的所述狂躁值依次与预先设置的阈值进行比较，并在所述狂躁值大于预先设置的阈值时生成相应的控制指令并输出；

执行模块，连接所述控制模块，用于存储所述镇定剂；

所述执行模块包括多个可独立飞行的微型仿生机器人，每个所述微型仿生机器人分别按照预设规则在所述目标群体中飞行，并根据所述控制指令向对应的所述目标个体释放所述镇定剂；

于每个所述微型仿生机器人上设置一视频采集装置，所述视频采集装置分别连接所述控制模块，所述数据采集模块包括所有所述视频采集装置；

所述控制模块设置于分别远程连接每个所述微型仿生机器人的远程服务端，或者所述控制模块分别设置于每个所述微型仿生机器人内。

优选的，所述微型仿生机器人采用设置于所述微型仿生机器人上的飞行装置进行飞行；

所述飞行装置包括固定翼飞行器，和/或轴翼，和/或扑翼。

优选的，还包括：

存储模块，连接所述控制模块，用于保存所述检测数据以及预先设置的所述阈值。

优选的，所述存储模块为非易失性存储器；

所述非易失性存储器包括NAND闪存，和/或PCM，和/或铁电存储器。

优选的，所述存储模块与所述控制模块封装在一片芯片内；

所述控制模块制作于所述存储模块下方的金属层。

优选的，每个所述微型仿生机器人上设置至少一个注射针头；

所述镇定剂的释放方式包括采用所述注射针头向所述目标个体注射所述镇定剂。

优选的，每个所述微型仿生机器人上设置至少一个喷洒装置；

所述镇定剂的释放方式包括采用所述喷洒装置向所述目标个体喷洒所述镇定剂。

优选的，还包括：

电源模块，连接所述控制模块，通过所述控制模块分别为每个所述微型仿生机器人进行供电；

所述电源模块为一次性不可充电电池。

优选的，每个所述视频采集装置为摄像头，用于采集所述目标群体的视频信息并作为所述检测数据。

优选的，所有所述微型仿生机器人由一载具承载，所述载具移动至所述目标群体附近后释放所述微型仿生机器人。

一种微型仿生机器人的控制方法，应用于以上任意一项所述的微型仿生机器人的控制系统，具体包括以下步骤：

步骤S1，所述控制系统控制所述微型仿生机器人按照预设规则在目标群体中飞行，并对所述目标群体进行实时检测并输出检测结果；

步骤S2，所述控制系统对所述检测结果进行处理得到所述目标群体中的各所述目标个体的狂躁值，并将各所述目标个体的所述狂躁值依次与预先设置的阈值进行比较：

若所述狂躁值大于所述阈值，则生成相应的所述控制指令，随后转向步骤S3；

若所述狂躁值不大于所述阈值，则返回所述步骤S1；

步骤S3，所述控制系统控制所述微型仿生机器人根据所述控制指令向对应的所述目标个体释放镇定剂。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：能够有效缓解甚至解决目标群体暴动事件，包括人类群体和动物群体，减少甚至避免出现人员伤亡，且有效降低仿生机器人的制作成本。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种微型仿生机器人的控制系统的结构示意图；

图2为为本发明的较佳的实施例中，一种微型仿生机器人的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，一种微型仿生机器人的控制系统，如图1所示，具体包括：

数据采集模块1，用于对目标群体进行实时检测并输出检测结果；

控制模块2，连接数据采集模块1，控制模块2具体包括：

目标识别单元21，用于对检测结果进行处理得到目标群体中的各目标个体的检测数据；

数据处理单元22，连接目标识别单元21，用于对各目标个体的检测数据进行处理得到各目标个体的狂躁值；

控制单元23，连接数据处理单元22，用于将各目标个体的狂躁值依次与预先设置的阈值进行比较，并在狂躁值大于预先设置的阈值时生成相应的控制指令并输出；

执行模块3，连接控制模块2，用于存储镇定剂；

执行模块3包括多个可独立飞行的微型仿生机器人，每个微型仿生机器人分别按照预设规则在目标群体中飞行，并根据控制指令向对应的目标个体释放镇定剂；

于每个微型仿生机器人上设置一视频采集装置，视频采集装置分别连接控制模块，数据采集模块包括所有视频采集装置；

控制模块2设置于分别远程连接每个微型仿生机器人的远程服务端，或者控制模块2分别设置于每个微型仿生机器人内。

具体地，本实施例中，控制模块2作为微型仿生机器人的中央控制器，用于控制微型仿生机器人各功能模块的正常运行，且通过数据处理单元22对微型仿生机器人上设置的视频采集装置采集目标群体的视频信息进行分析得到视频信息中各目标个体的狂躁值，并在判断目标群体中存在狂躁值大于预先设置的阈值的目标个体时，控制微型仿生机器人向该目标个体注射镇定剂。

进一步地，上述狂躁值的分析过程具体包括：

首先获取各目标个体的检测数据，所谓检测数据即指上文中所述的经由视频采集装置采集得到的目标群体的视频信息。

随后，根据上述检测数据处理得到目标群体中各个目标个体的个体信息。所谓个体信息，可以包括各个目标个体的表情信息以及动作信息中的至少一种。具体来说：

1)对于表情信息而言，可以预先建立对表情信息进行识别的第一识别模型，该第一识别模型中预设有限个不同的狂躁表情图像，以及对应每个狂躁表情图像的第一狂躁值。

当获取视频信息后，首先可以采用现有的图像识别技术对视频信息中的各个目标个体进行区分识别，随后将视频信息输入到第一识别模型，该第一识别模型根据视频信息中的单帧图像与预设的狂躁表情图像进行对比，从而输出不同的目标个体是否匹配于狂躁表情图像的结果。

更进一步地，当匹配于某个预设的狂躁表情图像时，则该第一识别模型输出的结果中还包括该相匹配的狂躁表情图像所对应的的第一狂躁值。

若不匹配于任何预设的狂躁表情图像，则该第一识别模型输出该目标个体不处于狂躁状态的结果，或者不输出任何结果。

2)对于动作信息而言，同样可以预先建立对动作信息进行识别的第二识别模型，该第二识别模型中同样预设有限个标准动作轨迹，以及对应不同的标准动作轨迹的动作识别值。

当获取视频信息后，同样先采用现有的图像识别技术对视频信息中的各个目标个体进行区分识别，随后将视频信息输入到第二识别模型。上述第二识别模型根据视频信息中连续帧的视频图像来分别对各个目标个体的实时动作轨迹进行识别，并将识别到的实时动作轨迹与标准动作轨迹进行匹配并得到一个中间匹配结果。该中间匹配结果中，若实时动作轨迹与标准动作轨迹相匹配，则得到该相匹配的标准动作轨迹以及对应的动作识别值；若不匹配，则得到的中间匹配结果为空。

进一步地，若实时动作轨迹与标准动作轨迹相匹配(即存在中间匹配结果)，则在得到中间匹配结果之后继续对连续帧的视频图像进行处理，以处理得到该与标准动作轨迹相匹配的实时动作轨迹的动作幅度值以及动作速度值。具体而言，动作幅度值和动作速度值均可以通过对连续帧的视频图像进行连续比较得到，其为现有技术，在此不再赘述。

在获得上述动作识别值、动作幅度值以及动作速度值之后，将动作识别值、动作幅度值和动作速度值进行加权计算(分别预设不同的权重系数)或者进行其他合适的运算，从而得到一个最终的第二狂躁值并输出。

本发明的较佳的实施例中，基于上述表情信息和动作信息的检测原理，可以预先设定采用表情信息和动作信息中的至少一种来对其进行处理得到目标个体的狂躁值。具体地：

1)若预先设定只采用表情信息为依据进行处理，则直接将对应的第一狂躁值作为该目标个体的狂躁值。

2)若预先设定只采用动作信息为依据进行处理，则直接将对应的第二狂躁值作为该目标个体的狂躁值。

3)若预先设定同时采用表情信息和动作信息为依据进行处理，则根据第一狂躁值和第二狂躁值进行加权计算得到最终的狂躁值。

本发明的较佳的实施例中，微型仿生机器人采用设置于微型仿生机器人上的飞行装置4进行飞行；

飞行装置4包括固定翼飞行器，和/或轴翼，和/或扑翼。

具体地，本实施例中，本发明的微型仿生机器人通过上述飞行装置4模仿昆虫飞行的姿态进行移动，并在飞行过程中寻找目标个体。

本发明的较佳的实施例中，还包括：

存储模块5，连接控制模块2，用于保存检测数据以及预先设置的阈值。

本发明的较佳的实施例中，存储模块5为非易失性存储器；

非易失性存储器包括NAND闪存，和/或PCM，和/或铁电存储器。

具体地，本实施例中，上述非易失性存储器具有体积小、功耗低等特点。

本发明的较佳的实施例中，存储模块5与控制模块2封装在一片芯片内；

控制模块2制作于存储模块5下方的金属层。

本实施例中，上述控制模块2制作于上述存储模块5的下方。具体地，在制作时，首先制作控制模块2的逻辑电路，随后在该逻辑电路上方制作存储模块5的电路部分，并于制作完成后将其封装在一片芯片内。采用这样的制作方式使得控制模块2可以直接通过片内访问对存储模块5中存储的数据进行访问，减少芯片的走线且降低功耗和芯片的占用面积，从而进一步降低芯片的制作成本。

本发明的较佳的实施例中，每个微型仿生机器人上设置至少一个注射针头；

镇定剂的释放方式包括采用注射针头向目标个体注射镇定剂。

本发明的较佳的实施例中，每个微型仿生机器人上设置至少一个喷洒装置；

镇定剂的释放方式包括采用喷洒装置向目标个体喷洒镇定剂。

具体地，本实施例中，镇定剂的释放方式可以通过叮咬的方式将镇定剂注射到目标个体体内，也可以通过喷洒的方式，在距离目标个体预设范围内将镇定剂向目标个体进行喷洒。

本发明的较佳的实施例中，还包括：

电源模块6，连接控制模块2，通过控制模块2分别为每个微型仿生机器人进行供电；

电源模块6为一次性不可充电电池。

具体地，本实施例中，基于一次性使用的特点，上述微型仿生机器人携带的电源模块6无需采用可充电电池，进一步降低了该微型仿生机器人的制作成本。

本发明的较佳的实施例中，每个视频采集装置为摄像头，用于采集目标群体的视频信息并作为检测数据。

具体地，本实施例中，上述摄像头可以获取目标群体的视频信息，并将该视频信息发送至控制模块2，控制模块2识别出视频信息中的各目标个体，并分析计算各目标个体的狂躁值，若目标个体的狂躁值大于预先设置的阈值，则向该目标个体释放镇定剂。

本发明的较佳的实施例中，所有微型仿生机器人由一载具承载，载具移动至目标群体附近后释放微型仿生机器人。

具体地，本实施例中，本发明的微型仿生机器人通过移动的载具被运输至目标群体的暴乱事发地，并在到达暴乱事发地后将微型仿生机器人从载具中释放出来，随后微型仿生机器人开始工作，在寻找到狂躁值大于预先设置的阈值的目标个体时向其释放镇定剂，并在工作完成或电池耗尽后报废。

一种微型仿生机器人的控制方法，应用于以上任意一项的微型仿生机器人的控制系统，如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤S1，控制系统控制微型仿生机器人按照预设规则在目标群体中飞行，并对目标群体进行实时检测并输出检测结果；

步骤S2，控制系统对检测结果进行处理得到目标群体中的各目标个体的狂躁值，并将各目标个体的狂躁值依次与预先设置的阈值进行比较：

若狂躁值大于阈值，则生成相应的控制指令，随后转向步骤S3；

若狂躁值不大于阈值，则返回步骤S1；

步骤S3，控制系统控制微型仿生机器人根据控制指令向对应的目标个体释放镇定剂。

本发明的一个较佳的实施例中，本发明的微型仿生机器人模仿蚊子等具有穿刺式口器昆虫的飞行姿态进行移动。具体地，该微型仿生机器人在目标群体中飞行，通过对目标群体进行实时检测，寻找狂躁值大于预先设定阈值的目标个体，并在寻找到该目标个体后，向该目标个体靠近并通过穿刺式口器向该目标个体注射镇定剂。

进一步地，由于本发明的微型仿生机器人采用一次性电源且为低功耗设计，有效降低该微型仿生机器人的成本。因此在注射完成后，该微型仿生机器人可以直接报废，无需做回收处理，以避免通过血液传播疾病。

本实施例中，目标群体可以是暴动的人群，根据暴动事件主要由部分比较狂躁的主要人员领导的特点，通过使用本发明的微型仿生机器人向目标群体中比较狂躁的个体注射镇定剂使其恢复平静，则整个暴动事件也会随之平息，进而有效缓解甚至解决群体的暴动事件，有效避免暴动处理人员及目标群体出现人员伤亡。

进一步地，目标群体也可以是暴动的动物群体，由于动物群体的暴动无法像人群暴动一样可以通过说服教育等温和的手段进行处理，更加容易造成处理人员及动物群体的伤亡，通过使用本发明的微型仿生机器人向动物群体中比较狂躁的个体注射镇定剂使其恢复平静，可有效平息暴动事件且能够尽可能地减少甚至避免处理人员及动物群体的伤亡。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种微型仿生机器人的控制系统，其特征在于，具体包括：

数据采集模块，用于对目标群体进行实时检测并输出检测结果；

控制模块，连接所述数据采集模块，所述控制模块具体包括：

目标识别单元，用于对所述检测结果进行处理得到所述目标群体中的各目标个体的检测数据；

数据处理单元，连接所述目标识别单元，用于对各所述目标个体的所述检测数据进行处理得到各所述目标个体的狂躁值；

控制单元，连接所述数据处理单元，用于将各所述目标个体的所述狂躁值依次与预先设置的阈值进行比较，并在所述狂躁值大于预先设置的阈值时生成相应的控制指令并输出；

执行模块，连接所述控制模块，用于存储所述镇定剂；

所述执行模块包括多个可独立飞行的微型仿生机器人，每个所述微型仿生机器人分别按照预设规则在所述目标群体中飞行，并根据所述控制指令向对应的所述目标个体释放所述镇定剂；

于每个所述微型仿生机器人上设置一视频采集装置，所述视频采集装置分别连接所述控制模块，所述数据采集模块包括所有所述视频采集装置；

所述控制模块设置于分别远程连接每个所述微型仿生机器人的远程服务端，或者所述控制模块分别设置于每个所述微型仿生机器人内。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述微型仿生机器人采用设置于所述微型仿生机器人上的飞行装置进行飞行；

所述飞行装置包括固定翼飞行器，和/或轴翼，和/或扑翼。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：

存储模块，连接所述控制模块，用于保存所述检测数据以及预先设置的所述阈值。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述存储模块为非易失性存储器；

所述非易失性存储器包括NAND闪存，和/或PCM，和/或铁电存储器。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述存储模块与所述控制模块封装在一片芯片内；

所述控制模块制作于所述存储模块下方的金属层。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，每个所述微型仿生机器人上设置至少一个注射针头；

所述镇定剂的释放方式包括采用所述注射针头向所述目标个体注射所述镇定剂。

7.根据权利要求1或6所述的控制系统，其特征在于，每个所述微型仿生机器人上设置至少一个喷洒装置；

所述镇定剂的释放方式包括采用所述喷洒装置向所述目标个体喷洒所述镇定剂。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：

电源模块，连接所述控制模块，通过所述控制模块分别为每个所述微型仿生机器人进行供电；

所述电源模块为一次性不可充电电池。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，每个所述视频采集装置为摄像头，用于采集所述目标群体的视频信息并作为所述检测数据。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所有所述微型仿生机器人由一载具承载，所述载具移动至所述目标群体附近后释放所述微型仿生机器人。

11.一种微型仿生机器人的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-10中任意一项所述的微型仿生机器人的控制系统，具体包括以下步骤：

步骤S1，所述控制系统控制所述微型仿生机器人按照预设规则在目标群体中飞行，并对所述目标群体进行实时检测并输出检测结果；

步骤S2，所述控制系统对所述检测结果进行处理得到所述目标群体中的各所述目标个体的狂躁值，并将各所述目标个体的所述狂躁值依次与预先设置的阈值进行比较：

若所述狂躁值大于所述阈值，则生成相应的所述控制指令，随后转向步骤S3；

若所述狂躁值不大于所述阈值，则返回所述步骤S1；

步骤S3，所述控制系统控制所述微型仿生机器人根据所述控制指令向对应的所述目标个体释放镇定剂。