CN112046662B - 一种代步跟随机器人及其代步跟随方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种代步跟随机器人，具有代步和跟随两种功能模式，所述代步模式为用户短途出行提供骑行代步和监护服务，所述跟随模式在用户下车步行时跟随移动并提供陪护服务；所述代步跟随机器人包括核心处理模块、底盘移动模块、折叠驱动模块、人机交互模块、折叠机体以及电源模块。本发明还提供了一种代步跟随机器人的代步跟随方法。本发明的有益效果是：可以满足用户中近程出行代步需求，同时提升机器人操作便利性和驾驶安全性，在用户下车步行时可以跟随移动，并提供相应智能化服务，不需要跟随目标额外携带检测信标，使用较为方便。
Description
技术领域
本发明涉及代步工具，尤其涉及一种代步跟随机器人及其代步跟随方法。
背景技术
传统代步工具在使用时用户必须要在同一地点存、取，不能满足老年人随时可能出现的代步需求。
现有专利CN201510624191.3一种便携式遥控代步跟随机器人，使用人体重心的体感控制代步行驶，并能通过蓝牙模块检测用户距离从而实现跟随。
但是，该便携式遥控代步跟随机器人属于近程代步工具且驾驶操作性和安全性较差，尤其是无法满足老年用户代步需求，并且使用蓝牙跟随方案，需要跟随目标额外携带检测信标，使用不方便。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种代步跟随机器人及其代步跟随方法。
本发明提供了一种代步跟随机器人，具有代步和跟随两种功能模式，所述代步模式为用户短途出行提供骑行代步和监护服务，所述跟随模式在用户下车步行时跟随移动并提供陪护服务；所述代步跟随机器人包括核心处理模块、底盘移动模块、折叠驱动模块、人机交互模块、折叠机体以及电源模块，所述核心处理模块分别与所述底盘移动模块、折叠驱动模块以及人机交互模块双向数据相连，所述电源模块分别与核心处理模块、底盘移动模块、折叠驱动模块、人机交互模块电连接；
其中，所述核心处理模块用于处理环境数据和生成控制指令，包括姿态识别单元、目标跟随单元、语音处理单元、运动控制单元、折叠驱动模块以及服务用户数据库；
所述人机交互模块包括视觉采集单元、语音交互单元、触控屏交互单元以及转向单元，所述视觉采集单元用于实时采集不同功能模式下服务用户图像，代步模式下经姿态识别单元判断异常驾驶姿态，跟随模式下经目标跟随单元处理获得服务目标相对坐标，语音交互单元用于语音指令采集，经语音处理单元解析后执行指令或使用语音反馈执行信息，触屏交互单元用于机器人反馈信息展示和触控指令采集；
所述底盘移动模块用于执行所述代步跟随机器人的移动指令，包括驱动单元、驱动轮、转向轮，代步模式下驱动单元控制驱动轮同步转动，服务用户通过操纵控制前轮方向实现转向，跟随模式下核心处理模块规划代步跟随机器人移动轨迹并输出移动指令，经驱动单元控制驱动轮差速转动，转向轮从动转动实现转向；
所述折叠机体为所述代步跟随机器人的主体结构，拥有伸展状态和收缩状态两种结构状态，代步模式下所述折叠机体呈伸展状态，跟随模式下所述折叠机体呈收缩状态；
所述折叠驱动模块用于驱动所述折叠机体结构状态转换，通过自锁结构维持伸展状态下折叠机体结构稳定。
作为本发明的进一步改进，所述人机交互模块由转向单元调整方向，代步模式下人机交互模块朝向驾驶位方向，跟随模式下人机交互模块朝向代步跟随机器人前进方向。
作为本发明的进一步改进，所述人机交互模块根据所述视觉采集单元采集的服务目标对应的关节点完整度和尺度大小，确定服务目标肢体图像采集完整度，调整所述转向单元俯仰角度参数。
作为本发明的进一步改进，所述服务用户数据库包括：驾驶姿态数据库、服务用户步态数据库、服务用户声纹数据库。
作为本发明的进一步改进，所述姿态识别单元提取服务目标人体骨架图，根据驾驶姿态数据库判断驾驶姿态，针对低风险驾驶、中风险驾驶以及高风险驾驶移动底盘分别执行正常行驶、减速以及制动操作。
作为本发明的进一步改进，所述目标跟随单元包含目标跟踪器和目标检测器，其中目标跟踪器实时跟踪服务用户坐标，目标检测器固定时间间隔提取跟踪器目标步态数据，根据服务用户步态数据库检测跟随目标准确度，若准确度小于阈值则停止跟随并发出警报。
作为本发明的进一步改进，所述语音交互单元依据服务用户声纹数据库识别服务用户语音指令。
作为本发明的进一步改进，所述底盘移动模块有两组转向轮，分别为单向轮和万向轮，代步模式下使用单向轮，跟随模式下使用万向轮。
作为本发明的进一步改进，所述触屏交互单元在代步模式下用于触摸式控制和机体状态显示，在跟随模式下用于地图显示。
本发明还提供了一种代步跟随机器人的代步跟随方法，通过如上述中任一项所述的代步跟随机器人实现代步跟随，在用户上车后，自动切换为代步模式，在代步模式下为用户短途出行提供骑行代步和监护服务，在用户下车后，自动切换为跟随模式，在用户步行时跟随其移动并提供陪护服务
本发明的有益效果是：通过上述方案，可以满足用户中近程出行代步需求，同时提升机器人操作便利性和驾驶安全性，在用户下车步行时可以跟随移动，并提供相应智能化服务，不需要跟随目标额外携带检测信标，使用较为方便。
附图说明
图1是本发明一种代步跟随机器人的系统示意图。
图2是本发明一种代步跟随机器人的功能模式示意图。
图3是本发明一种代步跟随机器人的伸展状态结构示意图。
图4是本发明一种代步跟随机器人的收缩状态结构示意图。
图5是本发明一种代步跟随机器人的驾驶姿态检测流程示意图。
图6是本发明一种代步跟随机器人的目标跟随流程示意图。
图7是本发明一种代步跟随机器人的转向轮结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示，一种代步跟随机器人，代步跟随机器人包括代步和跟随两种功能模式，所述代步模式可以为用户短途出行提供骑行代步和监护服务，所述跟随模式可以在用户下车步行时跟随移动并提供陪护服务。
所述代步跟随机器人内设有核心处理模块1、底盘移动模块3、折叠驱动模块4、人机交互模块2、折叠机体5以及电源模块6，核心处理模块1与底盘移动模块3、折叠驱动模块5以及人机交互模块2分别双向数据相连，电源模块6与其他模块电连接。
进一步的，所述核心处理模块1用于处理环境数据和生成控制指令，包括姿态识别单元、目标跟随单元、语音处理单元、运动控制单元、折叠控制单元以及服务用户数据库。
所述人机交互模块2包括视觉采集单元、语音交互单元、触控屏交互单元以及转向单元，所述视觉采集单元用于实时采集不同功能模式下服务用户图像，代步模式下采集服务用户姿态图像，姿态识别单元判断异常驾驶姿态，跟随模式下采集跟随目标图像，经目标跟随单元处理获得服务目标相对坐标，语音交互单元用于语音指令采集，经语音处理单元解析后执行指令或使用语音反馈执行信息，触屏交互单元代步模式下用于触摸式控制和机体状态显示，跟随模式下用于地图显示。
所述折叠机体5为所述代步跟随机器人主体结构，如图3所示，代步模式下折叠机体5呈伸展状态，机体中部有供用户就坐的驾驶位51，前部有控制方向的操纵杆52，可在非机动车道平稳骑行；如图4所示，跟随模式下折叠机体呈收缩状态，机体结构紧凑，可自主在无障碍通道移动。
所述底盘移动模块3用于执行所述代步跟随机器人的移动指令，包括驱动单元、驱动轮、转向轮，代步模式下驱动单元控制驱动轮同步转动，服务用户通过操纵杆控制前轮方向实现转向，跟随模式下运动控制单元规划代步跟随机器人移动轨迹并输出移动指令，经驱动单元控制驱动轮差速转动，跟随从动转动实现转向。
所述折叠控制模块4使用普通丝杠或电动推杆驱动所述折叠机体结构状态转换，包含自锁结构维持整体结构稳定，防止骑行过程中结构变化。
所述人机交互模块2由转向单元调整方向，代步模式下人机交互模块2朝向驾驶位方向，跟随模式下人机交互模块2朝向代步跟随机器人前进方向。
进一步的，所述人机交互模块2，根据所述视觉采集单元采集的服务目标对应的关节点完整度和尺度大小，确定是否采集到跟随目标全身，根据采集完整度调整所述转向单元俯仰度参数。
所述服务用户数据库包括：驾驶姿态数据库、服务用户步态数据库、服务用户声纹数据库。
所述姿态识别单元提取服务目标人体骨架图，根据驾驶姿态数据库判断驾驶姿态，若与正常驾驶姿态匹配则判定为低风险驾驶行为，底盘移动单元正常运行；若与低风险驾驶姿态匹配则判定为中风险驾驶行为，所述底盘移动单元减速并语音提醒；若数据库匹配失败则判定为高风险驾驶行为，底盘移动单元制动并语音提醒，具体流程如图5所示。
所述目标跟随单元包含目标跟踪器和目标检测器，其中目标跟踪器实时跟踪服务用户坐标，目标检测器提取跟踪器目标行走过程的步长、步宽以及步频数据进行步态分析，对比服务用户步态数据库检测跟踪器目标准确度，若准确度小于阈值则停止跟随并发出警报，具体流程如图6所示。
所述语音交互单元依据服务用户声纹数据库识别服务用户声音，剔除其他行人声音干扰，然后分析语音指令。
所述底盘移动模块3有两组转向轮，代步模式下使用单向轮31，跟随模式下使用万向轮32，两组转向轮转轴方向相互垂直。
本发明提供的一种代步跟随机器人，具有以下优点：
1、包括代步和跟随两种功能模式，针对骑行驾驶和跟随服务拥有不同服务框架。
2、通过人体骨架识别技术，评估用户操作危险性，对危险驾驶姿态有应对措施。
3、根据用户步态数据检测跟随目标，有效检测目标遮挡情况。
4、采用两套驱动模式（包括同速驱动和差速驱动、单向轮驱动转向和从动轮从动转向），应对两种功能模式的驾驶需求。
5、人机交互模块通过转向单元整体转向，使得相机、语音单元、触控屏可以在不同功能模式下朝向用户。
本发明提供的一种代步跟随机器人，可以解决老年人用户外出代步监护和跟随移动的需求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种代步跟随机器人，其特征在于：具有代步和跟随两种功能模式，所述代步模式为用户短途出行提供骑行代步和监护服务，所述跟随模式在用户下车步行时跟随移动并提供陪护服务；所述代步跟随机器人包括核心处理模块、底盘移动模块、折叠驱动模块、人机交互模块、折叠机体以及电源模块，所述核心处理模块分别与所述底盘移动模块、折叠驱动模块以及人机交互模块双向数据相连，所述电源模块分别与核心处理模块、底盘移动模块、折叠驱动模块、人机交互模块电连接；
其中，所述核心处理模块用于处理环境数据和生成控制指令，包括姿态识别单元、目标跟随单元、语音处理单元、运动控制单元、折叠控制单元以及服务用户数据库；
所述人机交互模块包括视觉采集单元、语音交互单元、触控屏交互单元以及转向单元，所述视觉采集单元用于实时采集不同功能模式下服务用户图像，代步模式下经姿态识别单元判断异常驾驶姿态，跟随模式下经目标跟随单元处理获得服务目标相对坐标，语音交互单元用于语音指令采集，经语音处理单元解析后执行指令或使用语音反馈执行信息，触屏交互单元用于机器人反馈信息展示和触控指令采集；
所述底盘移动模块用于执行所述代步跟随机器人的移动指令，包括驱动单元、驱动轮、转向轮，所述底盘移动模块有两组转向轮，分别为单向轮和万向轮，两组转向轮转轴方向相互垂直，代步模式下使用单向轮，跟随模式下使用万向轮，代步模式下驱动单元控制驱动轮同步转动，服务用户通过操纵控制单向轮方向实现转向，跟随模式下核心处理模块规划代步跟随机器人移动轨迹并输出移动指令，经驱动单元控制驱动轮差速转动，万向轮从动转动实现转向；
所述折叠机体为所述代步跟随机器人的主体结构，拥有伸展状态和收缩状态两种结构状态，代步模式下所述折叠机体呈伸展状态，机体中部有供用户就坐的驾驶位，前部有控制方向的操纵杆，在非机动车道平稳骑行；跟随模式下所述折叠机体呈收缩状态，自主在无障碍通道移动；
所述折叠驱动模块用于驱动所述折叠机体结构状态转换，通过自锁结构维持伸展状态下折叠机体结构稳定；
所述人机交互模块由转向单元调整方向，代步模式下人机交互模块朝向驾驶位方向，跟随模式下人机交互模块朝向代步跟随机器人前进方向；
所述人机交互模块根据所述视觉采集单元采集的服务目标对应的关节点完整度和尺度大小，确定服务目标肢体图像采集完整度，调整所述转向单元俯仰角度参数；
所述服务用户数据库包括驾驶姿态数据库、服务用户步态数据库、服务用户声纹数据库；
所述姿态识别单元提取服务目标人体骨架图，根据驾驶姿态数据库判断驾驶姿态，针对低风险驾驶、中风险驾驶以及高风险驾驶移动底盘分别执行正常行驶、减速以及制动操作；
所述目标跟随单元包含目标跟踪器和目标检测器，其中目标跟踪器实时跟踪服务用户坐标，目标检测器固定时间间隔提取跟踪器目标步态数据，目标检测器提取跟踪器目标行走过程的步长、步宽以及步频数据进行步态分析，根据服务用户步态数据库检测跟随目标准确度，若准确度小于阈值则停止跟随并发出警报；
所述语音交互单元依据服务用户声纹数据库识别服务用户语音指令；
所述触屏交互单元在代步模式下用于触摸式控制和机体状态显示，在跟随模式下用于地图显示。
2.一种代步跟随机器人的代步跟随方法，其特征在于：通过如权利要求1所述的代步跟随机器人实现代步跟随，在用户上车后，自动切换为代步模式，在代步模式下为用户短途出行提供骑行代步和监护服务，在用户下车后，自动切换为跟随模式，在用户步行时跟随其移动并提供陪护服务。
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