CN113858199A - 一种家具搬运机器人 - Google Patents

Abstract

一种家具搬运机器人，其至少包括，机械部，其至少用于构成控制机器人移动、感知、与其它物体产生物理交互的功能部件，处理部，其至少用于实现虚拟计算功能，机械部包括检测单元，基于部分检测单元检测获得的家具上数个搬运点空间位置信息所构建的描述家具三维结构的三维模拟数据以及基于另一部分检测单元获得的关于家装空间中至少一部分空置空间数据，处理部通过基于移动路径和家具旋转的两项模拟产生至少一种用于指导机械部搬运家具的搬运方案。

Description

一种家具搬运机器人

技术领域

本发明涉及家具移动领域，尤其涉及一种家具搬运机器人。

背景技术

在针对特定区域的场所进行装修施工的过程中，特别是在后续涉及到家具的软装过程中，需要大量和频繁地搬运各种类的家具以期达成最终的装修效果。通常来说，此类工作一般需要专业的装修施工人员、家具配送工人或者户主本人进行人工搬运，由于家具往往包括较重的种类，例如沙发、茶几、餐桌、椅子、床等部件，该类家具一般重量较大、体积较大、形状各异，给人工搬运造成了一定的麻烦。

CN209275418U公开了一种室内家具搬运机器人，包括搬运机器人，所述搬运机器人的两端对称设置有连接座，且连接座的内部设置有第一弹簧室，所述第一弹簧室的一侧连接有防撞条，且所述防撞条的顶端处于连接座的外侧表面，所述连接座的内部对称设置有第二弹簧室，且第二弹簧室处于第一弹簧室的两侧；通过在搬运机器人的两端设置有防撞条，且防撞条的底端处于第一弹簧室的内部，使得防撞条与外界物品发生碰撞时，会往第一弹簧室的内部收缩，并在第一弹簧室内部弹簧的作用下将碰撞产生的力进行有效的缓冲，避免了搬运机器人内部零部件因碰撞产生松动的问题，并且通过在搬运机器人的顶部设置V形橡胶条，也使得搬运机器人顶部的货物更加稳固。

CN207683658U涉及一种无人自动移动的AGV家具搬运车，其技术特点是：包括AGV搬运车底盘、四个相同的车轮、支架及其内部控制电路，所述内部控制电路包括摄像头、磁导传感器、中央处理模块、第一无线收发模块、手控盒、上位机、左电机、右电机和电源模块，磁导传感器的输出端与中央处理模块相连接将磁导传感器采集的电磁数据传输到中央处理模块并进行处理，摄像头的输出端与中央处理模块相连接将摄像头采集的图像数据传输到中央处理模块并进行处理。本实用新型实现了家具自动移动的功能，具有使用方便、载重量大、安全可靠的特点。

现有技术中为考虑到上述人工搬运家具的困难点而做出了将家具搬运自动化无人化的改进，但是可以看出的是对于家具的搬运，其基本的搬运逻辑是基于在地面上的家具移动，其不涉及在空间上的家具状态变化过程，尤其是没有提出如何在空间中，即在脱离地面这个二维平面的三维空间中，操作家具实现旋转、倒置、平移、静置或者运动等复杂动作等问题的解决方案。换言之，现有技术不能解决在空间中操作家具进行复杂动作以获得更好的搬运效果的问题，具有一定的局限性。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种家具搬运机器人，其至少包括，机械部，其至少用于构成控制机器人移动、感知、与其它物体产生物理交互的功能部件，处理部，其至少用于实现虚拟计算功能，机械部包括检测单元，基于部分检测单元检测获得的家具上数个搬运点空间位置信息所构建的描述家具三维结构的三维模拟数据以及基于另一部分检测单元获得的关于家装空间中至少一部分空置空间数据，处理部通过基于移动路径和家具旋转的两项模拟产生至少一种用于指导机械部搬运家具的搬运方案。

本发明通过寻找家具的搬运点的形式同时实现了对家具物理上的稳固连接搬运以及对家具在虚拟上的模型建立，通过将家具的边界突变点认定为搬运点首先将会产生可以对家具至少2个面，通常情况下3个不共面的面产生不同方向上的施力或者稳定支撑，选择这些点位进行搬运能够有效提升搬运的稳定性以及搬运机器人本身的搬运功率投入优化效果，对搬运点的掌握，可以寻找出能够将家具进行稳定搬运的最小实际连接点的投入，例如方块形的家具可用的搬运点为8个棱角位置，然而实际上通过稳固固定对角线上的数个实际连接点即可实现对该家具的稳定搬运，这样大量减少了搬运机器人的机械臂或者相关机械结构的工作投入，使得搬运过程更加地轻盈、简洁、智能。另一方面，通过对搬运点的寻找，可以在虚拟上构件该家具的三维立体模型，通过对家装空间中空闲位置的分析寻找，结合获取的家具三维立体模型，机器人系统可以在本身实际行进至障碍物之前通过三维立体模型在空闲空间中的旋转、倒置等模拟获得用于指导实际连接至搬运点的机械结构运动的驱动方案，使得机器人能够快速且安全无磕碰地将家具搬运至指定的地点，相较于只能够在地面移动的搬运机器人，本发明能够基于将家具在空间中的旋转、抬升等操作而更加顺利且安全的通过障碍物所在的区域，其适应的复杂情况、可以选择的通过方案更多，搬运效率也更高。

优选地，用于检测搬运点的部分检测单元构造为设置在搬运单元上的位置感受器，位置感受器跟随搬运单元在家具表面做接触和/或非接触移动以检测搬运点。

优选地，处理部基于持续检测位置感受器在移动过程中产生的过程数据并将过程数据出现大于阈值的波动时动作部件所在的位置确定为家具的边界。

优选地，动作部件基于确立的边界移动并将产生第二次过程数据大于阈值的波动时动作部件的位置确定为搬运点位置，搬运点由家具的至少三个相互不共面的构成面相交形成。

优选地，检测单元还包括环境感受器，环境感受器构造为能够获取家装空间中所有物体的边界信息以确定空置空间所占的范围。

优选地，基于移动路径的模拟以形成用于指导移动单元移动的路径指引方案，基于家具旋转模拟以形成用于指导搬动单元驱动家具转动的旋转方案，路径指引方案和旋转方案按照对应时序地合并形成至少一种搬运方案。

优选地，通过基于模拟三维模拟数据所构件的家具三维结构在空置空间中从开始搬运到结束搬运全时序的模拟以形成的旋转方案至少能够保证家具在搬运过程中其三维结构是始终包覆于空置空间内的。

优选地，处理部选择三维模拟信息中最外侧的搬运点作为操作点，控制搬动单元的动作部件以操作点为施力点进行搬运动作。

优选地，处理部在基于对搬运点的硬度检测值的择优评价前提下选择三维模拟信息中符合前提的最外侧的搬运点作为操作点。

优选地，动作单元被构造为利用旋转卡合结构以向构成搬运点的至少三个构成面施加作用力。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的机器人结构示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的动作部件部分结构示意图；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的电路连接示意图；

图中：1000、机械部；1100、移动单元；1200、检测单元；1210、路线感受器；1220、位置感受器；1230、环境感受器；1300、搬动单元；1310、动作部件；1311、转动片；1312、转动中心；1320、牵引部件；2000、处理部；3000、家具；3100、搬运点。

具体实施方式

下面结合附图1、2和3进行详细说明。

目前，针对家装领域，特别是家装环节中的软装领域，对于家具3000的搬运是必不可少的环节之一，该环节的目的是按照设计方案的指导或者按照一定的规则将家具3000摆放至特定的位置以最终形成完成的家装效果，例如将沙发以靠墙摆放的方式摆放在客厅当中、将茶几以支撑部件着地且位于沙发与电视柜之间的方式摆放在客厅中等等。现有的且较为常规的做法是采用人工搬运的方式，即由装修施工方、家具3000配送方、户主方派出人手以手抬、肩扛、拖拽等方式将家具3000摆放至特定的位置。此种方式对于较为小巧且轻质的家具3000，例如小凳子、花瓶、装饰画、小台灯等家具3000来说比较容易实施，也能够达成较好的移动效果，但是对于较重、体积较大且形状各异的大型家具3000，例如沙发、床、茶几、餐桌、大冰箱等家具3000，采用人工搬运的方式不仅消耗大量的人员体力，还有可能因为人员支撑不住对家具3000施加的支撑力而导致家具3000摔落、磕碰而造成额外损失，影响家装的整体效果。目前市面上出现了一些可以帮助人们在家装室内施工场所搬运家具3000的机器人或者装置产品，其中一类较为非智能的产品类似于人工操作的推车、叉车类的装置，其通过夹装装置对家具3000的夹取、滚轮装置的位移活动以实现对家具3000的搬运，但是这种装置仍然需要人员进行操作，仅仅在对家具3000承重、搬运方面达成了一定的效果。另一类是较为智能的产品，即家具3000自动搬运机器人，其基本可以实现的功能是将家具3000自动运输、自动寻路、自动起货卸货，然而现有的家具3000搬运机器人多数采用平板小车的结构，在发挥作用时，其一般承托与家具3000接触地面的底部，然后以电机驱动滚轮移动的方式来移动家具3000，也即是说其进行移动或者改变移动路径的范围仅限于地面这个近似于二维平面的区域，在大量已经放置好的家具3000间寻找空闲位置进行通过时，通常仅将问题简化至二维平面进行处理，其具有的寻路、防撞的功能从技术原理上来说类似于市面上常见的扫地机器人，都是具有类似的以视觉传感配合雷达传感等传感器实现的寻路、防撞功能，此种搬运机器人对于家具3000在垂直于地面上的结构特征考虑的较少，很容易造成搬运家具3000与其它物体之间的碰撞。然而从大量家装现场的实践来看，上述无论是智能或者非智能的装置均仅能够实现较为简单的家具3000移动功能，但是对于家具3000非二维投影所能表达的其它三维特征的考虑较少，容易造成家具3000在运输过程中碰撞，另外基于二维平面所计算获得的移动方案相较于基于三维空间计算所获得的移动方案来说，其可能不是效率最高、效果最好的移动方案。

基于上述现有技术中存在的一个或多个问题，本发明提供一种家具搬运机器人，其基于对家具3000在三维空间中的体积检测以及在整体家装空间中的三维空间处理计算获得针对家具3000搬运的搬运方案，最终根据该搬运方案控制本发明中的机械部1000分将家具3000搬运至指定的地点。本发明所涉及的机器人至少包括机械部1000和处理部2000，机械部1000用于构成机器人在空间中实现移动、感知、与其他物品交互等功能的实际部件，处理部2000用于计算机器人移动路线、对家具3000的抓取方式、处理感知结果等虚拟计算功能。

机械部1000为实现移动、感知、与其它物品交互的功能至少包括移动单元1100、检测单元1200和搬动单元1300，其中，移动单元1100用于控制机器人在家装空间中的移动，检测单元1200用于机器人在家装空间中的机器感知，搬动单元1300用于与家具3000部件产生具有相互作用力的接触以实现搬运的功能。为了实现控制机器人在家装空间中的移动，移动单元1100可以选择多种移动方案，通常来说具有多种实施例，其中一种可选的实施例是采用地面移动的方案，其中，移动单元1100至少包括底台、滚动组件和移动驱动组件。底台至少面对地面的一个侧面上设置有能够与底台之间产生相对滚动的滚动组件，滚动组件可以选择滚轮、滚柱、万向球、万向轮等能够将滑动摩擦转化为滚动摩擦的组件结构，其作用是减少家具3000移动过程中的阻力，可选择地，滚动组件可以按照能够增强底台稳定性的方式进行排布，例如滚动组件可以选择呈四边排布的方式排布在底台的四周。底台可以选择较为规整的结构造型，例如选择矩形、多边形等形状，较为优选地，可以选用无棱角的圆形、椭圆形等形状作为底台的整体构造外形，以防止底台意外磕碰其它物品造成损失。可选地，为增加移动单元1100的稳定性，底台本身或者在添加配重的情况下可以具有较大质量的属性，使得机器人整体中心被固定在靠近地面的底台位置，防止机器人倾翻。移动驱动组件构造为能够驱动滚动组件进行转动以实现机器人整体移动的功能的结构，移动驱动组件可以设置在底台内部，也可以设置在底台远离面向地面一面的另一面上，或者还可以设置在机器人的任何位置，只要是能够对滚动组件形成驱动作用即可。移动驱动组件一般可以采用电力作为能量来源，其电力来源可以选择采用有线的电缆导电的方式，也可以选择蓄电池供电的方式，选择蓄电供电的优势在于机器人的移动最大半径不受插座位置以及电缆长度等因素影响，技术人员可以根据具体的需求进行选择。在另一种实施例中，可以选择吊装移动的方式，即预先在家装空间的天花板面上以螺栓固定或者以在地面设置支撑架的方式固定有移动场地，在该种方案下，移动单元1100至少包括顶台、滚动组件和移动驱动组件，顶台设置在移动场地附近，并且通过滚动组件连接至移动场地上。由于处于倒置位置，为克服顶台和滚动组件的重力影响，移动场地被构造为至少能够为移动组件和顶台提供克服重力的支撑力，常用的移动场地构造可以选择为工字型悬梁，滚动组件通过分置在悬梁的两个横向凸出侧以获得对抗重力的支撑力，机器人的检测单元1200和搬动单元1300至少直接或者间接的连接在顶板面向地面的一侧上，并且至少能够向处于地面的家具3000提供向上抬升的力。又或者，根据另一种实施例，移动单元1100可以选择在墙侧的移动方式，其需要设置于墙面的轨道来固定。其它还可以选择的配置方式可以是地面移动和顶部移动相结合的方式。优选地，在考虑到避免对墙体以及天花板的破坏的情况下，本实施采用地面移动的方案，即移动单元1100至少被构造为能够以地面为支点来带动检测单元1200、搬动单元1300进行移动的构造，理论上来说，任意可以实现上述功能的结构或者构成均可以应用至本实施例的移动单元1100的实现方案。

检测单元1200用于构成机器人感知周围环境以及工作状态的部件，为实现上述目的，检测单元1200可以由多种设置于不同位置、不同检测对象、不同结构种类的多种检测器共同构成，其至少包括用于感知周遭路线环境以控制移动单元1100进行移动的路线感受器1210，该种功能可以由视觉传感器、雷达、碰撞传感器等传感器所共同构成，视觉传感器可以采用可见光摄像头、红外光摄像头等图像传感设备，其至少可以获取机器人周围一个区域或者环形所有区域的图像或者连续图像，通过信号耦合地连接至处理部2000可以将图像数据发送至处理部2000进行处理，处理部2000通过基于机器视觉的程序或者人工智能程序识别图像中所反映的周遭环境中的障碍物，以此至少可以保证移动单元1100在移动过程中避免与周围障碍物产生碰撞。类似的，采用雷达检测的方式利用超声波的发射和碰撞反射远离，可以让记机器人获知周围存在的障碍物位置；碰撞传感器可以采用压感传感器，在机器人碰撞至障碍物后，由压力产生突变的碰撞传感器所在位置表示该处出现了障碍物。上述检测单元1200大部分适用于感知周围环境的部件，特别是用于避障的传感器部件，额外地，还可以设置具有其它用途的传感器部件。例如，用于检测由搬动单元1300承托的家具3000的重量的质量传感器，用于感知时间的时间传感器，用于感知温度状态的温度传感器等等。

搬动单元1300用于对家具3000物品的搬运工作，其一般连接在移动单元1100上并且具有至少一个能够与家具3000产生物理接触交互的部件，可以称该部件为动作部件1310。优选地，本实施例可以实现在自动寻找并接触至家具3000搬运点3100的过程中获取该家具3000的三维数据特征并且基于将该三维数据特征与由检测单元1200获得的空间中空置空间数据的比较获得通过方案，将通过方案用于反馈控制搬动单元1300与移动单元1100合作致动以将家具3000在通过变换滞空姿态的方式下避免与其它物体接触地通过空置空间并最后放置在指定位置。上述步骤可以拆分为几个细分的子步骤，且每个子步骤可能由不同的部件单独或者组合地完成。

具体地，首先机器人通过设置在搬运单元上的部分检测单元1200自动寻找某一个家具3000的搬运点3100，本实施例中，家具3000的搬运点3100被设定为具有实体结构的家具3000上至少两个或以上构成面汇集的交点位置，其中构成面是指家具3000实体在三维空间中的不共面的且能够物理接触到的实体面，例如呈矩形体的柜子的至少六个面。上述设置在搬运单元上的部分检测单元1200可以被构建为设置在动作部件1310上的位置感受器1220，动作部件1310受驱动地运动而带动位置感受器1220在家具3000表面附近移动，此时位置感受器1220采集数据并传输至处理部2000，由处理部2000判断该家具3000的搬运点3100位置。较为具体地，动作部件1310在初始时刻受控地向预设的初始方向做沿家具3000表面接触和/或非接触的移动，位置感受器1220连续检测过程中的过程数据并发送至处理部2000，处理部2000通过检测过程数据出现大于阈值的波动的时刻确定该时刻动作部件1310所在的位置为该家具3000的边界。更具体地，位置感受器1220可以选择为视觉传感器或者压力传感器，当采用视觉传感器时，动作部件1310可以采用非接触式移动的方式，当采用压力传感器时，动作部件1310可以采用接触式移动的方式，其中接触式移动可以采用滚轮的方式与家具3000的表面达成滚动接触状态，或者可以采用两者结合的方式。视觉传感器持续检测家具3000面的图像状态，压力传感器持续检测滚轮等接触至家具3000表面的压力状态，这些数据都可以称为过程数据。在位置感受器1220持续存在于家具3000表面的一段时间内，其图像状态中的某些参数或者压力状态应当存在于一个波动较小的范围内的，上述图像状态中的某些参数可以选择光线亮度、颜色范围、景深等参数中的一个或者多个。在位置感受器1220持续存在于家具3000表面时，由于家具3000表面的遮挡和/或支撑作用，位置感受器1220所获得的光线亮度、景深或者压力状态应当较为稳定，但是当动作部件1310移动至接近或部分移出家具3000边界后，其上述参数将会发生较大的变化，例如压力状态会由于滚轮部分悬置在空中而突然变小，光线亮度也会由于没有家具3000表面的遮挡而突然变大，此时可以设定一个预设的阈值，当上述过程数据波动大于阈值的时刻，处理部2000可以判断该时刻动作部件1310所在的位置至少在家具3000的一个边界上。家具3000的边界是指家具3000的两个构成面的交线。

在检测出至少一个家具3000边界后，控制动作组件沿着以家具3000边界为向量向一个或者两个方向移动以在过程数据发生第二次超出阈值的变化时确定搬运点3100的位置。上述沿着家具3000边界移动的实现方式可以选择为，在移动过程中时刻监控过程数据以将过程数据始终保持在一定的范围内，对于具有视觉传感器时，可以将机器视觉范围内被家具3000遮挡的面积部分和未被家具3000遮挡的部分按照光强、颜色、景深等参数中的一个或多个进行划分，两种区域所定义的水平值不相同，并且可以归一化为两种特定的数值表示，例如零和一，将零值所在的区域判断为例如低光强的区域，将一值所在的区域判断为例如高光强的区域，在零值和一值区域中间的界线即为上述家具3000的边界，在控制动作部件1310移动的过程中，通过监控该零一值的边界线变动或者零一值占总分析画幅的面积比变化来判定动作部件1310是否是按照家具3000边界行进的。

在寻找搬运点3100的过程中，有可能会遇到动作部件1310被家具3000另一个构造面限位的情况，此种情况下一般认为该条边界上不存在可以操作的搬运点3100，此时可以停止对该方向上搬运点3100的搜索。

根据另一种实施方式，可以由人工引导动作部件1310寻找某一件家具3000的搬运点3100，此时仅需要人工将动作部件1310移动至选定的搬运点3100上即可。

一般来说，对于初始放置在地面上的大部分家具3000，其边界一般是垂直于地面或平行于地面且呈直线状态的，此时对于动作部件1310的移动控制将会变得较为简单，仅需要执行垂直于地面的移动或者平行于地面的移动即可。另外由于家具3000在初始放置在地面上时有一部分是接触至地面的，故在操作动作部件1310进行移动时可以将位置感受器1220触地的位置判断为家具3000的边界或者搬运点3100所在的位置。又或者，根据另一种实施例，在检测边界或者搬运点3100之前，先通过搬动单元1300的其它组件将该家具3000悬吊起来，这里可选用的组件可以是绑绳配合起重机构的组合结构，或者可以选用类似于叉车的起重结构。

优选地，动作单元不止一个，而是具有多个动作单元，通过控制多个动作单元由不同的初始位置向不同的初始预设方向移动来同步地找出某件家具3000的所有搬运点3100。这些搬运点3100通常为家具3000棱角点，通过对搬运点3100进行多方位的施力，可以对家具3000整体产生多个方向上的施力效果。

动作单元对搬运点3100的施力方式可以采用多种结构，这些结构被构造为至少能够满足对构成搬运点3100的所有构成面中的一个或多个产生物理和施力接触的结构。本实施例例举的结构为多方向旋转卡合结构，其整体构型类似于花瓣，其中每个转动片1311均可以相对于转动中心1312进行转动，当转动片1311均旋转至与转动中心1312呈最大角度时，也即呈收缩状态，旋转卡合结构整体类似于锥形，当动作单元的旋转卡合结构接触至搬运点3100时，通过驱动转动片1311向收缩状态变化时，至少有一部分的转动片1311接触至构成该搬运点3100的各个构成面上，另外一部分由于边界的阻挡而收缩不足，当旋转片旋转至旋转阻力大于某一阈值后，锁死旋转片，此时说明至少部分旋转片大致完全紧贴于构成面上了。

由于家具3000结构的复杂性，可能检测出的搬运点3100数量较多，优选地，还可以从搬运点3100中选出至少三个构造面所构成的交点作为主要操作点，该操作点是否是由至少三个面构成还可以利用上述旋转卡合结构在贴合至搬运点3100后检测贴合的旋转片的相对位置状态来确定。优选地，根据一般实体家具3000的连接性，可以将整体条件下位于最外一层的搬运点3100选择为操作点，以减少动作部件1310的使用量。

通过上述旋转卡合结构，使得家具3000的至少一个搬运点3100能够被动作单元所控制，并且通过对各个搬运点3100的控制，能够将家具3000搬运至悬空状态。

优选地，每个动作单元被构造为能够利用相邻其它动作单元的位置属性来确定家具3000的整体三维构造，具体地，每个动作单元可以记录自身在空间中的三维信息，例如可以是，将机器人上的某几个位置设为信号广播器，这些位置在空间模拟中是处于已知状态的，这些广播器不断地向外界发送呈球形扩散的波形信号，例如声波、电磁波、光波等信号，位置感受器1220上还设置有广播接受器，通过接收到数个呈不同频率或者不同信号的声波、电磁波或者光波后通过每种信号接受到的时间以及已知的几个信号广播器的位置通过三角或者多角定位的方式确定某一个动作部件1310在空间中的位置。上述仅是简要描述了空间定位的大致过程，具体结构可以参照CN109143165A所描述的方案进行实施或改进。

在另一种实施例中，可以在动作部件1310上设置激光、声波发射器等用于检测距离的检测装置，其上还具备能够从相邻的其它动作部件1310上接受类似广播信号的装置，通过相邻两两动作部件1310的信息传递时间可以计算出两两之间的距离等参数。

在获取每一个动作部件1310在空间中的位置坐标或者距离等参数之后，根据空间坐标运算法则，可以利用每个动作部件1310的位置信息来计算获得能够描述该家具3000三维尺寸结构的三维模拟信息。这些搬运点3100中的至少一部分能够表征该家具3000最大外围的体积结构位置，例如桌子的最外侧边角位置。通过大量寻找每件家具3000的搬运点3100，可以构造出与家具3000实物结构特征非常接近的三维模拟信息。

优选地，还本实例还提供另一种搬运点3100的选择方案，由上所述，本实施例所涉及的机器人能够针对搬运点3100中的至少一个或者全部进行搬运操作，也就是说对于大量的搬运点3100，机器人可以仅选择其中的一些进行搬运操作，可以将选出的搬运点3100称为操作点。优选的操作点的选择方案为，在形成三维模拟信息后，处理部2000选择位置信息中位于三维模拟信息最外侧的搬运点3100作为操作点，通过搬运这些操作点可以将家具3000整体进行提升。更为优选的操作点的选择方案为，在满足操作点选取条件的前提下依照三维模拟信息中从结构最内侧到最外侧的位置排序选择最靠近外侧的搬运点3100作为操作点，此处的操作点选取条件至少包括基于对搬运点3100的硬度检测值的择优评价。具体地，动作部件1310上除了位置感受器1220和用于接受广播的广播接受器外还可以设置有应力感应器，该应力感应器被构造或者功能实现为能够检测其自身主动或者利用动作部件1310间接接触至搬运点3100的应力情况来获得该搬运点3100的硬度检测值，相应地，应力感应器或者动作部件1310可以向搬运点3100的某一个部分或者全部位置施加一个预设的恒定大小的力，该力一般可以选择为压力，应力感应器通过检测该力行进的行程时间或者距离来行程该搬运点3100的硬度检测值。由于家具3000各个位置的材质可能具有不同，例如沙发的底盘部分通常采用硬木等材质制作，其上方的坐垫部分通常采用布艺、海绵、皮革等较软的材质制作，那么同时向底盘和坐垫部位施加相同的压力时，其施加压力的一方行进的时间将会不同，施加至底盘的压力会很快因为硬木的形变较小而较快达到受力平衡并停止移动，施加至坐垫的压力由于坐垫的软质材料形成的较大形变而更慢地达到受力平衡，通过对压力行程时长或者行程距离的量化分析，可以表征各个表面材质的硬度检测值。通常操作点选择为硬度检测值较大的部位，即通过对各个搬运点3100的硬度检测值从大到小排序后选择数值较大的优选位置作为操作点。通过搬运这些操作点可以防止家具3000上较软的部位在搬运时的损坏，也防止了动作部件1310在搬运这些位置的打滑情况，使得整体搬运过程稳定、安全、无损。

优选地，在获取家具3000的三维模拟信息后，本实施例还提供一种基于家具3000三维模拟信息与家装空间中空置空间的匹配以形成至少一种搬运方案并且根据该方案空置机械部1000将家具3000以避免与家装空间中其它物体碰撞的方式搬运至指定位置。具体地，机械部1000的检测单元1200还包括环境感受器1230，环境感受器1230构造为能够获取家装空间中所有物体的边界信息以确定空置空间所占的范围。环境感受器1230，可以利用基于机器视觉的技术方案实现，例如，在一种实施例中，环境感受器1230包括或者被配置为摄像头，摄像头用于获取家装空间的整体图像或者至少实时获取机器人周围至少一个角度或者全方位的图像，处理部2000通过实现训练好的机器视觉处理方式检测图像中的实体部件和空置空间，一般来说实体部件具有一个明确的视觉边界，该边界能够被机器视觉明确地识别，而处于该边界外的空间至少不被该物体所占据，通过遍历图像中所有匹配的物体的所有边界，可以构建出一个不被上述所有物体所占据的空间，该空间即是空置空间所占的范围，在形成空间边界识别时，利用多个呈不同位置的摄像头获取每个物体边界的景深，以景深来区分各个物体距机器人的位置，最终形的空置空间为三维立体坐标描述的空间数据。另一种实施例下，动作部件1310上还可以设置额外的环境感受器1230，例如近场雷达等近距离测距的检测装置，其可以反应该动作部件1310距离周围其它实体物体的距离以及其它实体物体的位置，通过对大量的动作部件1310上环境感受器1230的数据整合也可以较为完整的获知机器人周围的物体遮挡情况。

在获得空置空间数据后，处理部2000在三维模拟中将家具3000的三维模拟信息对照空置空间进行基于保证三维模拟信息所构件的模型能够在家具3000运输过程中被空置空间完全包覆的目的下的匹配，将其中模拟产生的移动路线数据保存为路径指引方案、将其中模拟产生的家具3000旋转数据保存为旋转方案，将路径指引方案和旋转方案按照对应时序地合并形成至少一种搬运方案。模拟移动路线的过程是和模拟家具3000旋转数据的过程向关联的，即在模拟路线的同时需要考虑到该路线上是否具有至少一种家具3000旋转方案能够使得家具3000三维模拟信息所构件的模型体积能够时刻被空置空间所包围。空置空间的数据来源可以来自于机器人预先对于家装空间的检测，该检测可以包括机器人基于不同家装空间位置的不同视角进行多组检测的过程，通过预先在模拟程序中构建空置空间，可以让机器人在初始位置通过搬运点3100获取家具3000的三维模拟信息后直接在处理部2000中模拟得出基于从搬运开始到搬运结束的全部时序的搬运方案。另一种实施例中，机器人可以通过实时检测判断的方式在进行搬运的每一个时间状态产生一个子搬运方案，最终所有的子搬运方案汇成一个总的搬运方案，子搬运方案可以基于规定景深的物体边界所判断的子空置空间中路径寻找和家具3000旋转计算过程得出，相当于机器人在行进至某一位置时，仅对其面前一端距离的其它物体所构成的空置空间做反应计算，在通过该位置后对下一位置做计算。

路径指引方案用于指导移动单元1100进行移动，旋转方案用于指导搬动单元1300驱动家具3000进行旋转通过空置空间。搬动单元1300控制家具3000旋转的方式有多种选择，其中之一是利用电机驱动收缩或者伸长连接至动作部件1310的牵引部件1320的方式，可以使得家具3000的姿态发生变化。

根据一种优选的实施方式，本发明还提供一种基于灯光渲染的家具3000摆放机器指导方案。在该实施方案中，事先向用户展示基于灯光渲染后的家具3000摆放方案，基于用户最终选择的摆放方案转化为指导机器人进行家具3000搬运的最终地点、家具3000姿态等调整过程，其至少包含如下步骤：

(1)按照与预设的空间配置规则相关联的方式分析当前修改操作及其预期结果的合理性，其中，所述合理性之分析步骤包括：平台数据库依照待筛选装修设计方案，提供“与相应于各待筛选装修设计方案的包含夜间与白天设定的灯光场景相对应的”灯具布置方案；将用户从待筛选装修设计方案中所选定的可用装修设计方案并结合平台数据库提供的灯具布置方案来执行待装修房屋的三维立体模型的灯光环境的渲染；

(2)灯光环境的渲染是在服务端根据用户设定的时辰所对应的自然照明条件并在考虑到配置对象自身对灯光的反射以及对环境光线的遮挡的前提下来调整的，并且所述调整是根据待装修房屋的内含若干配置对象的三维立体模型的方位朝向来执行的；

(3)灯光环境的渲染是在服务端根据厂商端所提供的灯具型号所确定的照明特性的前提下完成的。

其中服务端为大数据储存、计算端口，其通常可以由设置在固定场所的大量服务器、计算机、网络串行设备等设备所构成的集合体，其通常有能力进行大量的计算、储存吞吐大量的数据、接受大量外部用户的访问。厂商端通常有家具3000生产厂家所使用，其拥有其所生产的家具3000等的具体产品数据，具有能够更新以及提供家具3000相关参数的能力。除此之外还具有用户端，用户端由需要装修的户主所使用，其一般可以构成为手机、平板、个人电脑等民用设备。

在本实施方式中，本发明有利地借助了服务端的运算能力来完成灯光渲染的工作。之所以有利，是因为灯光渲染需要消耗非常大的运算能力和内存，特别是要考虑到待装修房屋的三维立体模型的方位朝向以及相应时辰来模拟自然光透过窗口入射时。为渲染出真实照明场景，需要考虑多光源的情况，特别是包含多个点光源、源自自然光的折射反射光以及其他非点光源的模拟，对于不同色温的交叉光线以及重叠的阴影部分，光场的真实再现需要消耗大量内存；对于开放设计权限于用户的本发明系统而言，凭借用户端来执行操作已经远超实际物理运算承载能力。因此在实际调试中，通过将平台数据库的灯具布置方案和户主端的可用装修设计方案汇集于服务端，并由用户端加载轻量级的渲染工具即可借助于各个服务端完成各个接入用户的个性化渲染需求。

此外，由于现阶段的用户端经常是如智能手机或ipad这样的便携式终端设备，在其所具备的图形运算能力不足以支撑渲染的情况下，可由服务端根据待装修房屋的三维立体模型并结合配置对象的三维参数及其摆放方式来生成静态三维图片或动态三维视频，并将其以图片或流媒体形式的文件发送给运算能力不足的用户端。根据该实施方式，在用户端向服务端请求数据连接以执行如个性化家具3000配置的家居用品定制化设计时，由服务端根据其与用户端之间的数据发送所确立的带宽与时延来确定其向用户端发送与待配置对象的空间位置和/或属性信息相关的待装修房屋三维立体模型的图片或视频时的发送模式，所述发送模式为静态三维图片或动态三维视频，其中，所述静态三维图片包括：从彼此正交的两个透视角度来展示的根据用户端所提供的房屋属性信息所确定的待配置对象的至少两个空间位置。通过这种静态展示方式，用户端能够以较低的还原度预览包含灯光效果的待装修房屋三维立体模型，其中虽然考虑了配置对象的三维参数及其摆放方式所引发的遮挡和反射，但其对重叠阴影以及多光源引发的不匹配(如色温、照度、炫光等)缺乏模拟，也忽视待装修房屋的朝向，所以对于服务端所需要消耗的算力和内存消耗都是有限的，尤其是可以由服务端基于相同类型设计方案而存储于的平台数据库的调取，能够满足用户初步查看设计效果的需求。

此时，平台数据库还能够根据厂商端的用户(如灯具厂方、家具3000厂方或工作室设计师)对于各厂家的相同材质反射系数的手动微调来给出更为精准的配合方案。众所周知，即便就相同厂家都标称为4000k色温的灯具而言，其初始照明效果也将取决于生产批次而有所不同，倘若搭配不同厂商的不同灯具其所引发的色温不相容性都将给用户带来不同于预设的装修设计方案的明显区别。厂商端的对于平台数据库40的数据微调是对庞大数据库的精确反馈，此类数据之收集将以用户不可返溯的方式体现为用户端的实景(光源)模拟。本发明发明人认识到，不同品牌的相同材质所引发的细微光线差异对构成了非常重要的采购意向调整参数，所以在厂商端的用户早期进行数据录入时，将凭借准确的光学仪器来执行包含表面光泽度的表面光学属性以及包含反射色温、反射特性的反射光学属性的测定并存储于平台数据库，优选地将其以与产品批次相关的方式存储于平台数据库。在从存储于平台数据库调取配置对象时，所述平台数据库响应于厂商端或用户端的效果展示请求，向相应的请求方发送针对待配置对象的至少两个空间位置所需要体现的与待配置对象的光学特性(包含表面光泽度的表面光学属性以及包含反射色温、反射特性的反射光学属性)相关的配置对象属性数据。由此，从彼此正交的两个透视角度来展示的渲染后的效果时，用户端能够自行根据所提供的房屋属性信息所确定的待配置对象的至少两个空间位置来进行渲染并展示，或者能够从服务端获得静态三维图片或动态三维视频，其中，所述静态三维图片包括：从彼此正交的两个透视角度来展示的根用户端所提供的房屋属性信息所确定的待配置对象的至少两个空间位置。在展示三维图片时，因为各种待配置对象的光学特性细微差异在静态三维图片或动态三维视频中往往只能在数值上有所区分，而因显示器的色彩空间(sRGB、NTSC、Lab、Luv或XYY)与实际肉眼所见必然存在一定差异，因此在用户端进行静态三维图片或动态三维视频展示时，只能提供一定颜色的模拟，特别是对于复杂光线环境，而不能以肉眼可见的程度完成准确还原。为此，本发明规定，用户端在展示同一表面的同一光照条件下的同一区域时，忽略因附近其他光源的光线所引发的色彩变化；而用户端在展示同一光照条件下的相邻配置对象的不同表面区域时，将以增强的色彩差异来展示相邻配置对象，其中，所述增强是指将色彩空间中的数值差异放大一倍以上甚至一个数量级以上来展示。由此，在无需调整用户端和厂商端的显示器(不仅色彩空间、还包括夜览模式是否开启)的情况下，就能避免用户在选择设计方案时，因忽视同一标称颜色的细微差异性表面的实际效果而引发实际成套产品所标称的表面颜色彼此并不一致而引发的问题。

在用户端的户主在灯光渲染模拟的多种方案下选择的期望的家具3000摆放方案下，本发明所涉及的机器人能够利用该方案转化为用于指导其家具3000搬运位置、家具3000摆放方案的指导数据。现有技术中，常见的家具3000移动或摆放机器人，其一般仅需要将家具3000移动至大致的目的地并且以一个大致正确的摆放姿态即可完成一次家具3000的搬运，但是这样对于家装整体的美观性，尤其是在灯光照射下的家具3000摆放效果缺乏先验的评判，导致用户在后续入住的时候，仍然需要对家具3000的摆放进行微调。而本发明所涉及的基于灯光渲染的家具3000摆放方案能够在先验的模拟下获得用户满意的家具3000摆放方案，基于此摆放方案的指导下，机器人能够很好地控制家具3000摆放的具体位置、家具3000精确的摆放姿态，最终获得符合用户预期的搬运结果。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种家具(3000)搬运机器人，其至少包括，

机械部(1000)，其至少用于构成控制机器人移动、感知、与其它物体产生物理交互的功能部件，

处理部(2000)，其至少用于实现虚拟计算功能，

其特征在于，

所述机械部(1000)包括检测单元(1200)，基于部分所述检测单元(1200)检测获得的家具(3000)上数个搬运点(3100)空间位置信息所构建的描述所述家具(3000)三维结构的三维模拟数据以及基于另一部分所述检测单元(1200)获得的关于家装空间中至少一部分空置空间数据，所述处理部(2000)通过基于移动路径和家具(3000)旋转的两项模拟产生至少一种用于指导所述机械部(1000)搬运所述家具(3000)的搬运方案。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用于检测所述搬运点(3100)的部分所述检测单元(1200)构造为设置在搬运单元上的位置感受器(1220)，所述位置感受器(1220)跟随所述搬运单元在所述家具(3000)表面做接触和/或非接触移动以检测所述搬运点(3100)。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述处理部(2000)基于持续检测所述位置感受器(1220)在移动过程中产生的过程数据并将所述过程数据出现大于阈值的波动时所述动作部件(1310)所在的位置确定为所述家具(3000)的边界。

4.根据权利要求1～3任一项所述的系统，其特征在于，所述动作部件(1310)基于确立的所述边界移动并将产生第二次过程数据大于阈值的波动时所述动作部件(1310)的位置确定为搬运点(3100)位置，所述搬运点(3100)由家具(3000)的至少三个相互不共面的构成面相交形成。

5.根据权利要求1～4任一项所述的系统，其特征在于，所述检测单元(1200)还包括环境感受器(1230)，环境感受器(1230)构造为能够获取所述家装空间中所有物体的边界信息以确定空置空间所占的范围。

6.根据权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，基于所述移动路径的模拟以形成用于指导移动单元(1100)移动的路径指引方案，基于所述家具(3000)旋转模拟以形成用于指导所述搬动单元(1300)驱动所述家具(3000)转动的旋转方案，所述路径指引方案和旋转方案按照对应时序地合并形成至少一种所述搬运方案。

7.根据权利要求1～6任一项所述的系统，其特征在于，通过基于模拟所述三维模拟数据所构件的所述家具(3000)三维结构在空置空间中从开始搬运到结束搬运全时序的模拟以形成的旋转方案至少能够保证所述家具(3000)在搬运过程中其三维结构是始终包覆于所述空置空间内的。

8.根据权利要求1～7任一项所述的系统，其特征在于，所述处理部(2000)选择所述三维模拟信息中最外侧的搬运点(3100)作为操作点，控制所述搬动单元(1300)的动作部件(1310)以所述操作点为施力点进行搬运动作。

9.根据权利要求1～8任一项所述的系统，其特征在于，所述处理部(2000)在基于对所述搬运点(3100)的硬度检测值的择优评价前提下选择所述三维模拟信息中符合所述前提的最外侧的搬运点(3100)作为操作点。

10.根据权利要求1～9任一项所述的系统，其特征在于，所述动作单元被构造为利用旋转卡合结构以向构成所述搬运点(3100)的至少三个构成面施加作用力。

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