CN111958588A - 一种多机器人数据同步的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多机器人数据同步的控制方法及系统，所述系统包括控制器和多个机器人，控制器与多个机器人之间、多个机器人之间通信连接；所述方法包括：控制器与多个机器人进行时间同步，确定同步表演的参考时间点；控制器确定机器人表演方式，并将表演方式发送给各个机器人；控制器在所述参考时间点对音乐播放进行控制；各个机器人接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演。通过参考时间点控制多个机器人同步表演，控制器确定机器人表演方式，各个机器人在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演，表演方式灵活，提高观赏性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种多机器人数据同步的控制方法及系统。
背景技术
随着机器人的高速发展，进一步扩宽了机器人的应用场景和服务模式，机器人越来越广泛地应用于人类生活的各个领域。机器人表演作为一种全新的表演形式，也在生活中出现。
对于多个机器人进行表演时，多个机器人数据同步，控制多个机器人同步表演至关重要，若多个机器人不能同步表演，则使得表演混乱，另外，现有机器人的表演形式都是单一和固定的，不具有灵活性，不能根据音乐自行表演，影响用户体验。
发明内容
本发明提供一种多机器人数据同步的控制方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
第一方面，本发明实施例提供了一种多机器人数据同步的控制方法，控制器与多个机器人之间、多个机器人之间通信连接；所述方法包括：
控制器与多个机器人进行时间同步，确定同步表演的参考时间点；
控制器确定机器人表演方式，并将表演方式发送给各个机器人；
控制器在所述参考时间点对音乐播放进行控制；
各个机器人接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演。
本发明实施例提供的多机器人数据同步的控制方法，至少具有以下有益效果：通过参考时间点控制多个机器人同步表演，控制器确定机器人表演方式，各个机器人在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演，表演方式灵活，并且提高观赏性。
进一步，所述各个机器人接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演包括：
各个机器人接收所述表演方式，确定所述表演方式为即兴表演；
各个机器人对播放的音乐进行采样，对采样的音频信号进行识别得到音乐类型，从预设的音乐类型与动作集的对应关系中匹配到对应的动作集，所述动作集包括多种不同的动作；
各个机器人将所选取的动作集同步到其他机器人，确定最多机器人选取的动作集作为最终选取的动作集；
各个机器人分析所述音乐的音乐节奏，根据音乐节奏确定舞蹈动作数据，所述舞蹈动作数据为最终选取的动作集里面的动作的一个或多个动作的组合，执行所述确定的舞蹈动作数据对应的舞蹈动作进行表演。
至少具有以下有益效果：能够根据不同的音乐自行表演，表演更具有灵活性，并且多个机器人之间同步选取的动作集，使得表演的动作风格统一，提高观赏性。
进一步，所述各个机器人接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演包括：
各个机器人接收所述表演方式，确定所述表演方式为预编排表演；
各个机器人接收所述控制器发送的与音乐对应的预编排动作数据；
各个机器人根据参考时间点，读取预编排动作数据，同步执行预编排动作数据中的动作进行表演。
至少具有以下有益效果：各个机器人同步执行预编排动作数据中的动作，动作同步和统一，提高观赏性。
进一步，预编排动作数据为预先根据音乐对机器人的动作进行编排形成机器人的动作数据，并采用BPM探测算法对所述机器人的动作数据进行调整，生成预编排动作数据。
至少具有以下有益效果：使得动作与音乐相匹配。
进一步，所述确定同步表演的参考时间点包括：
控制器发送同步信号给各个机器人，其中所述同步信号包括参考时间点；
各个机器人根据所述同步信号确定同步表演的参考时间点。
至少具有以下有益效果：各个机器人能够同步表演。
进一步，对采样的音频信号进行识别得到音乐类型包括：
根据采样的音频信号确定所述采样的音频信号的音乐节奏；
对采样的音频信号进行处理得到梅尔倒频谱系数；
将所述采样的音频信号的音乐节奏、梅尔倒频谱系数作为特征参数输入训练好的卷积神经网络，得到所述音乐类型。
至少具有以下有益效果：通过采样的音频信号快速确定音乐类型。
进一步，所述根据采样的音频信号确定所述采样的音频信号的音乐节奏包括：
根据采样的音频信号确定所述采样的音频信号的第一波形；
确定所述采样的音频信号的第一波形中各波峰位置在所述采样的音频信号中出现的第一数量；
将所述第一数量与预设节奏信息进行比对从而确定所述采样的音频信号的音乐节奏。
进一步，所述对采样的音频信号进行处理得到梅尔倒频谱系数包括：
对采样的音频信号进行加窗处理；
采用短时傅里叶变换将加窗后的音频信号转换为频域信号；
使用Mel滤波器组对频域信号进行带通滤波；
对Mel滤波器组的输出信号取对数，通过离散余弦变化DCT和归一化处理得到梅尔倒频谱系数。
至少具有以下有益效果：通过获取梅尔倒频谱系数，使得后续识别音乐类型更准确。
进一步，所述各个机器人分析所述音乐的音乐节奏，根据音乐节奏确定舞蹈动作数据包括：
根据音乐确定音乐的波形；
确定音乐的波形中各波峰位置在所述音乐中出现的第二数量；
将所述第二数量与预设节奏信息进行比对从而确定所述音乐的音乐节奏；
根据所述音乐的音乐节奏与舞蹈动作数据的对应关系，确定所述音乐节奏对应的舞蹈动作数据。
至少具有以下有益效果：能够根据不同的音乐自主表演。
第二方面，本发明实施例还提供了一种多机器人数据同步的控制系统，所述系统包括控制器和多个机器人，控制器与多个机器人之间、多个机器人之间通信连接；
控制器，用于与多个机器人进行时间同步，确定同步表演的参考时间点，确定机器人的表演方式，并将表演方式发送给各个机器人，以及在所述参考时间点对音乐播放进行控制；
各个机器人，用于接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演。
本发明实施例提供的多机器人数据同步的控制系统，至少具有以下有益效果：通过参考时间点控制多个机器人同步表演，控制器确定机器人表演方式，各个机器人在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演，表演方式灵活，并且提高观赏性。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明一个实施例提供的一种多机器人数据同步的控制方法的流程图。
图2是本发明一个实施例提供的多机器人根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演的流程图。
图3是本发明一个实施例提供的对采样的音频信号进行识别得到音乐类型的流程图。
图4是本发明另一个实施例提供的多机器人根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演的流程图。
图5是本发明一个实施例提供的多机器人数据同步的控制系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
如图1所示，图1是本发明一个实施例提供的一种多机器人数据同步的控制方法。控制器与多个机器人之间、多个机器人之间通信连接；所述方法包括：
S11、控制器与多个机器人进行时间同步，确定同步表演的参考时间点。
由于是多个机器人进行同步表演，但机器人的表演不同步时，则多个机器人之间动作不协调，影响观赏性。因此，控制器先与多个机器人进行时间同步，确定同步表演的参考时间点，使得多个机器人能够同步表演。
具体地，控制器发送同步信号给各个机器人，其中所述同步信号包括参考时间点；
各个机器人根据所述同步信号确定同步表演的参考时间点。
S12、控制器确定机器人表演方式，并将表演方式发送给各个机器人。
机器人具有不同的表演方式，表演方式包括预编排表演和即兴表演。控制器预先将表演方式发送给各个机器人，使得各个机器人能够根据不同的表演方式进行表演。
S13、控制器在该参考时间点对音乐播放进行控制。
在参考时间点，控制器对音乐播放进行控制，使得在参考时间点同步播放音乐，以便各个机器人能够在参考时间点根据音乐进行表演。
S14、各个机器人接收控制器发送的表演方式，在该参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演。
由于表演方式包括预编排表演和即兴表演，当表演方式为预编排表演时，各个机器人能够根据预编排动作进行表演，当表演方式为即兴表演时，各个机器人能够根据音乐即兴表演。
在一实施例中，步骤S14包括步骤S21、S22和S23。
S21、各个机器人接收所述表演方式，确定所述表演方式为即兴表演；
S22、各个机器人对播放的音乐进行采样，对采样的音频信号进行识别得到音乐类型，从预设的音乐类型与动作集的对应关系中匹配到对应的动作集，所述动作集包括多种不同的动作；
S23、各个机器人将所选取的动作集同步到其他机器人，确定最多机器人选取的动作集作为最终选取的动作集；
S24、各个机器人分析所述音乐的音乐节奏，根据音乐节奏确定舞蹈动作数据，该舞蹈动作数据为最终选取的动作集里面的动作的一个或多个动作的组合，执行所述确定的舞蹈动作数据对应的舞蹈动作进行表演。
在一实施例中，步骤S22中对采样的音频信号进行识别得到音乐类型包括步骤S31、S32和S33。
S31、根据采样的音频信号确定该采样的音频信号的音乐节奏；
具体地，根据采样的音频信号确定采样的音频信号的第一波形；确定采样的音频信号的第一波形中各波峰位置在所述采样的音频信号中出现的第一数量；将所述第一数量与预设节奏信息进行比对从而确定所述采样的音频信号的音乐节奏。
S32、对采样的音频信号进行处理得到梅尔倒频谱系数；
具体地，对采样的音频信号进行加窗处理；采用短时傅里叶变换将加窗后的音频信号转换为频域信号；使用Mel滤波器组对频域信号进行带通滤波；对Mel滤波器组的输出信号取对数，通过离散余弦变化DCT和归一化处理得到梅尔倒频谱系数。
假设原始的采样的音频信号为x(n)，加窗函数(汉明窗)处理后得到第n帧音频信号为xn(k)；
xn(k)＝w(k)x(n+k)0≤k≤N-1；
其中，n＝0，1T，2T，…，N为帧长，T为帧移长度，为正整数；
采用短时傅里叶变换将音频信号转换为频域；
其中，f为频率。
通过Mel滤波器组在频率进行带通滤波；对Mel滤波器的输出取对数，通过离散余弦变化DCT得到初始梅尔倒频谱系数MFCC0，将初始梅尔倒频谱系数MFCC0进行特征归一化处理得到MFCC1，最终的MFCC＝MFCC1/s，其中s为MFCC1的总体方差，可取12维的初始梅尔倒频谱系数进行计算。
在一实施例中，步骤23中各个机器人分析所述音乐的音乐节奏，根据音乐节奏确定舞蹈动作数据包括：根据音乐确定音乐的波形；确定音乐的波形中各波峰位置出现的第二数量；将第二数量与预设节奏信息进行比对从而确定所述音乐的音乐节奏；根据所述音乐的音乐节奏与舞蹈动作数据的对应关系，确定所述音乐节奏对应的舞蹈动作数据。其中所述舞蹈动作数据为所述音乐节奏对应的最终选取的动作集里面的动作的一个或多个动作的组合。
S33、将采样的音频信号的音乐节奏、梅尔倒频谱系数作为特征参数输入训练好的卷积神经网络，得到音乐类型。
音乐类型有：流行音乐、摇滚、爵士、嘻哈、说唱、古典。预先准备各种音乐，并对各个音乐设置标签，将各个音乐的采样的音频信号的音乐节奏、梅尔倒频谱系数提前训练卷积神经网络。则在机器人进行表演时，直接采样待识别音乐的音频信号，提取待识别音乐的音乐节奏、梅尔倒频谱系数作为特征参数输入训练好的卷积神经网络，从而得到待识别音乐的音乐类型。
在一实施例中，步骤S14还包括步骤S41、S42和S43。
S41、各个机器人接收所述表演方式，确定所述表演方式为预编排表演；
S42、各个机器人接收控制器发送的与音乐对应的预编排动作数据；
S43、各个机器人根据参考时间点，读取预编排动作数据，同步执行预编排动作数据中的动作进行表演。
其中，预编排动作数据为预先根据音乐对机器人的动作进行编排形成机器人的动作数据，并采用BPM(beats per minute：拍每分钟)探测算法对所述机器人的动作数据进行调整，生成预编排动作数据。
基于同一个发明构思，本发明实施例还提供了与方法对应的系统。
图5时本发明一个实施例提供的多机器人同步表演的系统，所述系统包括控制器51和n个机器人52，其中，n为大于1的正整数，控制器与n个机器人通信连接；
控制器51，用于与多个机器人52进行时间同步，确定同步表演的参考时间点，确定机器人的表演方式，并将表演方式发送给各个机器人52，以及在所述参考时间点对音乐播放进行控制；
各个机器人52，用于接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演。
具体地，控制器51，用于发送同步信号给各个机器人52，其中所述同步信号包括参考时间点；
各个机器人52，用于根据所述同步信号确定同步表演的参考时间点。
在一实施例中，表演方式包括预编排表演和即兴表演。
各个机器人52，用于接收所述表演方式，确定所述表演方式为预编排表演时，接收控制器发送的与音乐对应的预编排动作数据，根据参考时间点，读取预编排动作数据，同步执行预编排动作数据中的动作进行表演。
其中，预编排动作数据为预先根据音乐对机器人的动作进行编排形成机器人的动作数据，并采用BPM(beats per minute：拍每分钟)探测算法对所述机器人的动作数据进行调整，生成预编排动作数据。
各个机器人52，还用于确定所述表演方式为即兴表演时，对播放的音乐进行采样，对采样的音频信号进行识别得到音乐类型，从预设的音乐类型与动作集的对应关系中匹配到对应的动作集，所述动作集包括多种不同的动作，将所选取的动作集同步到其他机器人，确定最多机器人选取的动作集作为最终选取的动作集；分析所述音乐的音乐节奏，根据音乐节奏确定舞蹈动作数据，所述舞蹈动作数据为最终选取的动作集里面的动作的一个或多个动作的组合，执行所述确定的舞蹈动作数据对应的舞蹈动作进行表演。
具体地，各个机器人52分析所述音乐的音乐节奏，根据音乐节奏确定舞蹈动作，执行所述确定的舞蹈动作进行表演包括：根据音乐确定音乐的波形；确定音乐的波形中各波峰位置在所述音乐中出现的第二数量；将所述第二数量与预设节奏信息进行比对从而确定所述音乐的音乐节奏；根据所述音乐的音乐节奏与舞蹈动作数据的对应关系，确定所述音乐节奏对应的舞蹈动作数据，所述舞蹈动作为所述音乐节奏对应的最终选取的动作集里面的动作的一个或多个动作的组合。
多个机器人52，还用于根据采样的音频信号确定音乐节奏，对采样的音频信号进行处理得到梅尔倒频谱系数，将采样的音频信号的音乐节奏、梅尔倒频谱系数作为特征参数输入训练好的卷积神经网络，得到所述音乐的音乐类型。
具体地，对采样的音频信号进行加窗处理；采用短时傅里叶变换将加窗后的音频信号转换为频域信号；使用Mel滤波器组对频域信号进行带通滤波；对Mel滤波器组的输出信号取对数，通过离散余弦变化DCT和归一化处理得到梅尔倒频谱系数。
假设原始的采样的音频信号为x(n)，加窗函数(汉明窗)处理后得到第n帧音频信号为xn(k)；
xn(k)＝w(k)x(n+k)0≤k≤N-1；
其中，n＝0，1T，2T，…，N为帧长，T为帧移长度，为正整数；
采用短时傅里叶变换将音频信号转换为频域；
其中，f为频率。
通过Mel滤波器组在频率进行带通滤波；对Mel滤波器的输出取对数，通过离散余弦变化DCT得到初始梅尔倒频谱系数MFCC0，将初始梅尔倒频谱系数MFCC0进行特征归一化处理得到MFCC1，最终的MFCC＝MFCC1/s，其中s为MFCC1的总体方差，可取12维的初始梅尔倒频谱系数进行计算。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种多机器人数据同步的控制方法，其特征在于，控制器与多个机器人之间、多个机器人之间通信连接；所述方法包括：
控制器与多个机器人进行时间同步，确定同步表演的参考时间点；
控制器确定机器人表演方式，并将表演方式发送给各个机器人；
控制器在所述参考时间点对音乐播放进行控制；
各个机器人接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述各个机器人接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演包括：
各个机器人接收所述表演方式，确定所述表演方式为即兴表演；
各个机器人对播放的音乐进行采样，对采样的音频信号进行识别得到音乐类型，从预设的音乐类型与动作集的对应关系中匹配到对应的动作集，所述动作集包括多种不同的动作；
各个机器人将所选取的动作集同步到其他机器人，确定最多机器人选取的动作集作为最终选取的动作集；
各个机器人分析所述音乐的音乐节奏，根据音乐节奏确定舞蹈动作数据，所述舞蹈动作数据为最终选取的动作集里面的动作的一个或多个动作的组合，执行所述确定的舞蹈动作数据对应的舞蹈动作进行表演。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述各个机器人接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演包括：
各个机器人接收所述表演方式，确定所述表演方式为预编排表演；
各个机器人接收所述控制器发送的与音乐对应的预编排动作数据；
各个机器人根据参考时间点，读取预编排动作数据，同步执行预编排动作数据中的动作进行表演。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，预编排动作数据为预先根据音乐对机器人的动作进行编排形成机器人的动作数据，并采用BPM探测算法对所述机器人的动作数据进行调整，生成预编排动作数据。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述确定同步表演的参考时间点包括：
控制器发送同步信号给各个机器人，其中所述同步信号包括参考时间点；
各个机器人根据所述同步信号确定同步表演的参考时间点。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，对采样的音频信号进行识别得到音乐类型包括：
根据采样的音频信号确定所述采样的音频信号的音乐节奏；
对采样的音频信号进行处理得到梅尔倒频谱系数；
将所述采样的音频信号的音乐节奏、梅尔倒频谱系数作为特征参数输入训练好的卷积神经网络，得到所述音乐类型。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据采样的音频信号确定所述采样的音频信号的音乐节奏包括：
根据采样的音频信号确定所述采样的音频信号的第一波形；
确定所述采样的音频信号的第一波形中各波峰位置在所述采样的音频信号中出现的第一数量；
将所述第一数量与预设节奏信息进行比对从而确定所述采样的音频信号的音乐节奏。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述对采样的音频信号进行处理得到梅尔倒频谱系数包括：
对采样的音频信号进行加窗处理；
采用短时傅里叶变换将加窗后的音频信号转换为频域信号；
使用Mel滤波器组对频域信号进行带通滤波；
对Mel滤波器组的输出信号取对数，通过离散余弦变换DCT和归一化处理后得到梅尔倒频谱系数。
9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述各个机器人分析所述音乐的音乐节奏，根据音乐节奏确定舞蹈动作数据包括：
根据音乐确定音乐的波形；
确定音乐的波形中各波峰位置在所述音乐中出现的第二数量；
将所述第二数量与预设节奏信息进行比对从而确定所述音乐的音乐节奏；
根据所述音乐的音乐节奏与舞蹈动作数据的对应关系，确定所述音乐节奏对应的舞蹈动作数据。
10.一种多机器人数据同步的控制系统，其特征在于，所述系统包括控制器和多个机器人，控制器与多个机器人之间、多个机器人之间通信连接；
控制器，用于与多个机器人进行时间同步，确定同步表演的参考时间点，确定机器人的表演方式，并将表演方式发送给各个机器人，以及在所述参考时间点对音乐播放进行控制；
各个机器人，用于接收所述表演方式，在所述参考时间点根据不同的表演方式进行数据同步，从而进行不同的表演。
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| CN202010641581.2A Pending CN111958588A (zh) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 一种多机器人数据同步的控制方法及系统 |
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