CN111805557A - 一种基于类人形机器人的室内讲解系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于类人形机器人的室内讲解系统及方法，机器人通过自身的讲解路线进行相应的讲解位置点的标定，在机器人到达讲解位置后，通过接收请求的方式，当机器人运动到相应的红外传感模块位置时，相应的红外传感模块发出请求，机器人接收到相应的红外传感模块的请求后，机器人开始调整自己的位置，然后再进行相应的场景讲解。与现有技术相比，本发明具有减少讲解员的工作压力，保证讲解的清晰准确，全方位的掌握机器人的运动位置，使机器人讲解时运动到的位置更加准确等优点。

Description

一种基于类人形机器人的室内讲解系统及方法

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其是涉及一种基于类人形机器人的室内讲解系统及方法。

背景技术

在现阶段的室内自动导航讲解中，一般采用两种方法实现定位，一种是SLAM(simultaneous localization and mapping，即时定位与地图构建)，该技术可以描述为：将机器人放入未知环境的未知位置，令机器人一边移动一边逐步绘制出完全的地图，所谓完全的地图是指不受障碍影响的情况下机器人也能到达地图的各个角落的功能。它主要是通过激光雷达进行绘图，建造地图的相应模型的功能。它的主要缺点在于定位在比较大的区域内时产生的误差会比较大，而且当有障碍物的时候很容易影响判断，建立图形的好坏与其激光雷达有着直接的关系。且在每一次运动中会造成物理的误差，这种误差在多次使用后会导致定位不准，进而使机器人行走路径与地图定位所标记的点不同。第二种是传统的UWB(Ultra Wideband，超宽带)定位的方式来进行室内定位，通过在室内建造固定的基站，将四周的基站点搭建好即可令机器人通过UWB的反馈来获取自身所在的位置，这种定位方式误差小，但缺点在于只能在有基站的空间内进行移动，若场景中有两个或两个以上的房间需要讲解则会遇到无法定位的问题，UWB的定位方式则不适用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于类人形机器人的室内讲解系统及方法，本发明可减少讲解员的工作压力，保证讲解的清晰准确，通过全方位的掌握机器人的运动位置，使机器人讲解时运动到的位置更加准确。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于类人形机器人的室内讲解系统，包括：

讲解机器人，用于移动至待讲解区域位置，通过接收云端服务器的指令后进行相应物体的讲解；

红外传感模块，设置在待讲解物品的指定区域，用于根据红外检测讲解机器人是否达到待讲解物品的指定区域，通过物联网与讲解机器人进行通讯，并将获取的红外线数据上传至边缘网关服务器，所述红外传感模块设有各自对应的位置标定信息以及编号信息；

边缘网关服务器，用于对待讲解物品的边缘侧的相关数据进行初步检测及初步处理，并对相应的数据汇总判断后将实时数据上传至云端服务器；

云端服务器，用于将接收的实时数据处理后发送命令至讲解机器人，使讲解机器人获取相应的指令后进行相应的讲解操作。

所述讲解机器人包括麦克风接收器、显示器、语音播放器、slam专用激光雷达系统和无线网接收系统。优选地，所述讲解机器人采用pepper机器人。

所述红外传感模块包括控制器、报警器、无线发送器、多个光发射器和光接收器，所述控制器与报警器、光接收器、无线发送器分别连接。所述光接收器包括集成探测电路和与光发射器数目相同的光敏二极管，所述集成探测电路包括封装盒与以及多个设于封装盒中的分压电阻，各个分压电阻分别与各光敏二极管串联形成多个分压电路，各分压电路的分压输出端连接控制器。

各红外传感模块通过物联网网关采用nb-iot协议接入网络。当讲解机器人到达某红外传感模块对应的讲解点时，红外传感模块获取json报文，所述json报文包括红外线传感模块所收到的红外线信息和相应的发送时间。

一种基于类人形机器人的室内讲解系统的室内讲解方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、在所要讲解的位置预先安装物联网的红外传感模块，并使红外传感模块连入物联网中；

步骤2、讲解机器人从设定位置出发，进入新环境进行移动，基于slam专用激光雷达系统创建并载入slam地图，创建符合需求的路线进行移动，同时在机器人的地图中标定红外线传感模块所在的点；

步骤3、讲解机器人移动至讲解位置，当红外传感模块检测到讲解机器人时开始标定，判断讲解机器人是否到达确定的解说位置；

步骤4、若红外传感模块检测讲解机器人到达确定的解说位置，则红外传感模块通过物联网平台对讲解机器人发送信息，通知讲解机器人已到达相应位置，执行下一步；若红外传感模块检测讲解机器人没有到达确定的解说位置，则红外传感模块通过物联网通知讲解机器人还未到达相应位置，讲解机器人将继续基于slam专用激光雷达系统进行导航，通过移动位置进行调整，红外传感模块重新标定位置，直至讲解机器人到达确定的解说位置，执行下一步；

步骤5、到达确定的解说位置的讲解机器人利用自身的麦克风接收器、显示器、语音播放器进行相应点的物体的讲解；讲解机器人按照上述步骤随着路线进行路线讲解，直至完成所有介绍点。

步骤6、讲解完毕后，讲解机器人回到最初的设定位置，等待下一次讲解操作。

进一步地，步骤4中，若讲解机器人未到达位置，则红外传感模块通过物联网通知讲解机器人还未到达相应位置，控制讲解机器人以每次改变十五度的角度进行移动和转动，继续导航以对位置进行调整，进行位置标定，直到到达最终的讲解点，执行下一步。若控制讲解机器人以每次改变十五度的角度进行移动和转动，继续导航以对位置进行调整，进行位置标定，按此操作反复几次仍未到达最终讲解点时，控制讲解机器人自行尝试一定次数，若仍旧未收到红外传感模块的信息，则控制讲解机器人停止，并通过其自身的语音播放器寻求帮助，若未接收到帮助，则控制讲解机器人返回至最初的原点重新定位。

进一步地，步骤5之前，还包括下列步骤：

讲解机器人随着路线进行路线讲解，当讲解机器人靠近并经过另一红外传感模块时，该红外传感模块收集讲解机器人经过的信息，若讲解机器人判断遇到相应的在网关中标定为介绍地点的红外传感模块后，红外传感模块向边缘网关服务器发送讲解机器人经过的信息，并将边缘网关服务器的判定结果传输至讲解机器人，讲解机器人通过接收的红外传感模块的编号和标识，进行相应的预设动作，进而实现讲解机器人的讲解功能。

进一步地，步骤5中，在到达确定的解说位置，讲解机器人进行讲解之前，还包括以下步骤：

到达确定的解说位置后，讲解机器人利用得到的红外线传感模块的标签信息json报文，将json报文通过nb-iot协议发送至边缘网关服务器，通过边缘网关对现在讲解机器人运行到的位置进行判断，根据红外线传感模块在网关中的记录编号判断是否确切到达了某介绍点，若是，边缘网关服务器判定是否向讲解机器人发送信息，判断确定向讲解机器人发送信息后，控制讲解机器人加载相应的解说内容，显示在显示器上并通过语音进行播报，进而实现相应点的物体的讲解。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明结合slam导航技术，在现有的机器人slam导航上，由红外传感模块及相应的物联网设备进行讲解位置判定，可全方位的掌握机器人的运动位置，使得机器人讲解时运动到的位置更加准确；

2)本发明通过红外传感模块告知机器人相应的需要解说的物体内容，红外传感模块设有对应的位置标定信息以及编号信息，当机器人经过讲解位置时，会改变红外线的传播，且对应的红外传感模块发送信息至机器人，使机器人更加明确当前位置所要解说的物体，能够准确地解决两个或两个以上的房间需要讲解无法定位的问题；

3)本发明对未达到相应讲解位置的讲解机器人进行调整，通过控制讲解机器人自身的转动，以每次改变15度角来进行移动和转动来寻找讲解点，若仍未找到则进行再次尝试及语音求助，或返回至最初原点重新定位，可对机器人偏移量角度造成的误差的问题进行有效应对，减少讲解实施过程的失误率；

4)讲解完毕后，控制讲解机器人回到最初位置，可方便下一个机器人的使用，且方便讲解机器人的多次使用，节约人力，可以使讲解机器人以自助的方式得到更灵活、广泛的应用。

附图说明

图1为实施例中基于类人形机器人的室内讲解系统的结构示意图；

图2为实施例中基于类人形机器人的室内讲解方法的流程示意图。

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。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明涉及一种基于类人形机器人的室内讲解系统，该系统包括讲解机器人、红外传感模块、边缘网关服务器和云端服务器。

讲解机器人包括麦克风接收器，显示器，语音播放器，slam专用的激光雷达系统，无线网接收系统，通过这些机器人硬件设施可以很好的对机器人所需的命令和相应的数据进行判定。具体地，本实施例采用pepper机器人作为讲解机器人，pepper中有4个方向性麦克风，胸前有一个屏幕来显示讲解的文字和图片，左右两边各有两个麦克风能播放解说，机器人脚上设有激光雷达来进行slam导航，机器人头部内设有用于数据处理和信号调控的处理器以及无线网接收系统，用以实现完成讲解功能。

红外传感模块包括控制器、报警器、多个光发射器，以及光接收器，光接收器与控制器连接，该控制器与报警器连接，红外传感模块还包括与控制器连接的无线发送器，光接收器包括集成探测电路和与光发射器数目一致的光敏二极管，集成探测电路包括封装盒与多个均设于封装盒中的分压电阻，所有分压电阻分别与各光敏二极管串联形成多个分压电路，所有分压电路的分压输出端连接至控制器。主要是进行红外线传感器数据的接收，并且传给边缘网关服务器相应的信息。通过网关用nb-iot协议进行连接，将每个红外线传感模块连入网络，在网关内，根据对应红外线的位置，在网关内加入边缘计算逻辑，通过红外线感应模块所在的位置，给每个红外线感应模块进行位置标定和编号。当机器人经过讲解位置的时候，会改变红外线的传播，并进行相应的信息数据的上传。可以通过光接收器发出信号，这样机器人就可以知道机器人自身所在的位置，从而可以进行相应的编号的位置的讲解功能。

边缘网关服务器主要是做边缘侧的相关数据的初步检测及初步处理，做相应的汇总判断后再把实时数据上传到云端服务器。

云端服务器接到相应的数据，处理完成后发送命令给机器人，让机器人得到相应的指示后进行相应的介绍功能。

如图2所示，本发明还涉及一种基于类人形机器人的室内讲解方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、机器人从设定位置出发，进入新环境，进行相应的地图建设，通过地图建设后，可以实现基础的slam功能，可以根据激光雷达传感器进行相应的地图中自己的定位，从而实现最基础的平面导航功能。

步骤二、基于要讲解的位置和人形机器人走起来比较困难的位置加装上述物联网的红外传感模块，通过并使红外传感模块遇到物体遮挡会发出报警的特性，上传红外传感数据到边缘网关进行数据处理，将边缘计算的策略写入网关中，当红外传感模块遇到机器人时，光敏电阻发生变化，发出信号，通过nb-iot协议传入网关。

步骤三、机器人按照slam的所建设的地图移动，创建合理的和符合需求的路线进行移动，同时在机器人的地图中标定红外线传感模块所在的点，在机器人难以行走或者可能受损的点进行相应的红外传感模块的添加。调整机器人的每个介绍点的方向和写入文本，即可表示机器人的展厅介绍准备工作做完了。

步骤四、当机器人在讲解的时候，机器人随着路线进行路线讲解。当机器人靠近并经过红外传感模块时，红外传感模块的红外线会被机器人的经过挡住或者机器人上的激光雷达所干扰，红外线传感模块上的光接收器上的信号会发生变化，这时候红外线传感模块就可以将接收信号强度变化，当时的时间和红外传感模块的编号等信息传给边缘网关服务器，这样边缘网关服务器就可以收集到机器人经过的信息，然后通过边缘网关服务器的判定传给机器人，机器人通过收到的红外传感模块编号和标识，进行相应的预设动作，例如转向动作和介绍动作，进而实现机器人的讲解功能。具体地：

当机器人路过相应的红外传感模块附近时，如果红外传感模块发出红外线检测到机器人到达位置，红外线发光二极管会发出信号，但光敏电阻因为光线被挡住然后值发生变化，然后物联网网关收到红外线数据检测的变化，当变化超过一定数值时，边缘网关服务器向机器人系统发出相应编号的指令，则红外传感模块通过物联网平台对机器人发送相应的信息，表明机器人已经到达相应位置，执行步骤五；如果没有到达位置，则红外传感模块通过物联网通知机器人还未到达相应位置，我们通过机器人的小范围移动来微调机器人，因为机器人没有到达位置往往是机器人的偏移量角度造成的误差，所以通过机器人的陀螺仪及方向传感器控制，通过机器人自身的转动，将以每次改变15度的小角度来进行移动和转动，一般情况下，按此操作反复几次即可很快找到相应点，如果始终没有找到，令机器人自己尝试一定次数，如10次后，若依旧没有收到红外传感模块的信息，则控制机器人停止并通过语音模块寻求帮助，如果没人帮助的话，控制机器人回到最初的原点重新定位。

步骤五、到达确定的解说位置后，机器人利用得到的红外线传感模块的标签信息json报文，json报文通过nb-iot协议发送给边缘网关，主要是实时的红外线传感模块所收到的红外线的信息和相应的发送时间，然后通过边缘网关对现在机器人运行到的位置进行判断，根据红外线传感模块在网关中的记录编号判断是确切的到达了哪个介绍点，然后，边缘网关再进行判定是否向机器人发信息，最后向机器人加载相应的解说内容，显示在平板上并且通过语音播报出来，进而实现相应点的物体的讲解，这样就可以得到更准确的定位并且更友好的交互讲解。讲解机器人依据步骤四、五完成所有介绍点进行讲解。

步骤六、讲解完毕后，机器人回到最初位置，方便下一个机器人的使用，这样就可以多次使用，节约了人力，并以自助的方式得到应用。

本发明结合slam导航技术，在现有的机器人slam导航上，由红外传感模块及相应的物联网设备进行讲解位置判定，可全方位的掌握机器人的运动位置，使得机器人讲解时运动到的位置更加准确；通过红外传感模块告知机器人相应的需要解说的物体内容，红外传感模块设有对应的位置标定信息以及编号信息，当机器人经过讲解位置时，会改变红外线的传播，且对应的红外传感模块发送信息至机器人，使机器人更加明确当前位置所要解说的物体，能够准确地解决两个或两个以上的房间需要讲解无法定位的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于类人形机器人的室内讲解系统，其特征在于，包括：

讲解机器人，用于移动至待讲解区域位置，通过接收云端服务器的指令后进行相应物体的讲解；

红外传感模块，设置在待讲解物品的指定区域，用于根据红外检测讲解机器人是否达到待讲解物品的指定区域，通过物联网与讲解机器人进行通讯，并将获取的红外线数据上传至边缘网关服务器，所述红外传感模块设有各自对应的位置标定信息以及编号信息；

边缘网关服务器，用于对待讲解物品的边缘侧的相关数据进行初步检测及初步处理，并对相应的数据汇总判断后将实时数据上传至云端服务器；

云端服务器，用于将接收的实时数据处理后发送命令至讲解机器人，使讲解机器人获取相应的指令后进行相应的讲解操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于类人形机器人的室内讲解系统，其特征在于，所述讲解机器人包括麦克风接收器、显示器、语音播放器、slam专用激光雷达系统和无线网接收系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于类人形机器人的室内讲解系统，其特征在于，所述红外传感模块包括控制器、报警器、无线发送器、多个光发射器和光接收器，所述控制器与报警器、光接收器、无线发送器分别连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于类人形机器人的室内讲解系统，其特征在于，所述光接收器包括集成探测电路和与光发射器数目相同的光敏二极管，所述集成探测电路包括封装盒与以及多个设于封装盒中的分压电阻，各个分压电阻分别与各光敏二极管串联形成多个分压电路，各分压电路的分压输出端连接控制器。

5.根据权利要求1所述的一种基于类人形机器人的室内讲解系统，其特征在于，各红外传感模块通过物联网网关采用nb-iot协议接入网络。

6.根据权利要求1所述的一种基于类人形机器人的室内讲解系统，其特征在于，当讲解机器人到达某红外传感模块对应的讲解点时，红外传感模块获取json报文，所述json报文包括红外线传感模块所收到的红外线信息和相应的发送时间。

7.一种实现如权利要求1～6任一项所述的基于类人形机器人的室内讲解系统的室内讲解方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

1)在所要讲解的位置预先安装物联网的红外传感模块，并使红外传感模块连入物联网中；

2)讲解机器人从设定位置出发，进入新环境进行移动，基于slam专用激光雷达系统创建并载入slam地图，创建符合需求的路线进行移动，同时在机器人的地图中标定红外线传感模块所在的点；

3)讲解机器人移动至讲解位置，当红外传感模块检测到讲解机器人时开始标定，判断讲解机器人是否到达确定的解说位置；

4)若红外传感模块检测讲解机器人到达确定的解说位置，则红外传感模块通过物联网平台对讲解机器人发送信息，通知讲解机器人已到达相应位置，执行下一步；若红外传感模块检测讲解机器人没有到达确定的解说位置，则红外传感模块通过物联网通知讲解机器人还未到达相应位置，讲解机器人将继续基于slam专用激光雷达系统进行导航，通过移动位置进行调整，红外传感模块重新标定位置，直至讲解机器人到达确定的解说位置，执行下一步；

5)讲解机器人利用自身的麦克风接收器、显示器、语音播放器进行相应点的物体的讲解；

6)讲解机器人按照上述步骤随着路线进行路线讲解，直至完成所有介绍点的讲解，讲解完毕后，讲解机器人返回至最初设定位置，等待下一次操作。

8.根据权利要求5所述的基于类人形机器人的室内讲解方法，其特征在于，步骤4)中，若讲解机器人未到达位置，则红外传感模块通过物联网通知讲解机器人还未到达相应位置，控制讲解机器人以每次改变十五度的角度进行移动和转动，继续导航以对位置进行调整，进行位置标定，直到到达最终的讲解点，执行下一步。

9.根据权利要求5所述的基于类人形机器人的室内讲解方法，其特征在于，步骤5)之前，还包括下列步骤：

讲解机器人随着路线进行路线讲解，当讲解机器人靠近并经过另一红外传感模块时，该红外传感模块收集讲解机器人经过的信息，若讲解机器人判断遇到相应的在网关中标定为介绍地点的红外传感模块后，红外传感模块向边缘网关服务器发送讲解机器人经过的信息，并将边缘网关服务器的判定结果传输至讲解机器人，讲解机器人通过接收的红外传感模块的编号和标识，进行相应的预设动作，进而实现讲解机器人的讲解功能。

10.根据权利要求5所述的基于类人形机器人的室内讲解方法，其特征在于，步骤5)中，在到达确定的解说位置，讲解机器人进行讲解之前，还包括以下步骤：

到达确定的解说位置后，讲解机器人利用得到的红外传感模块的标签信息json报文，将json报文通过nb-iot协议发送至边缘网关服务器，通过边缘网关服务器对现在讲解机器人运行到的位置进行判断，根据红外线传感模块在边缘网关服务器中的记录编号判断是否确切到达了某介绍点，若是，边缘网关服务器判定是否向讲解机器人发送信息，判定确定向讲解机器人发送信息后，控制讲解机器人加载相应的解说内容，将内容进行显示并通过语音进行播报，进而实现相应点的物体的讲解。

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