CN115816475A - 机器人助理及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人助理及其控制方法，机器人助理包括：轮式基座；定位于该轮式基座的主体；可旋转地连接到该主体的可折叠座椅；致动器，其被配置为使该可折叠座椅相对于该主体旋转；接收命令指令的控制系统，该致动器电连接于该控制系统；其中，响应于所述命令指令，该控制系统被配置为控制该致动器将该可折叠座椅旋转至一折叠位置或一展开位置；其中，该控制系统还被配置为检测是否有来自用户的外力作用于该可折叠座椅，以及释放该致动器以允许手动旋转该可折叠座椅。机器人助理能工作在自动控制模式和手动控制模式，以根据不同的情况来将可折叠座椅转动至期望位置。

Description

机器人助理及其控制方法

技术领域

本发明总体上涉及机器人，并且特别地涉及可以提供步行辅助、步行训练和身体训练的智能机器人助理。

背景技术

多年来，由于高龄化冲击、白发社会和人力短缺，服务业对机器人技术的需求不断增长。因此，机器人助理近年来引起了极大的关注。

例如，可以设计一种的机器人助理来帮助支撑用户体重的一部分，以减少用户在行走时腿部的负荷，从而减少疲劳和减少体力消耗。例如，可以找到关于辅助机器人的大量研究，包括上肢、下肢以及全身辅助或训练的应用。

这些机器人助理通常包括用于移动的轮子和具有供用户抓握的把手的竖直主体。一些机器人助理可以包括允许用户坐在其上的座位。然而，这些机器人助理是类人的，它们专注于与人的虚拟或心理交互，而没有过多地关注物理交互，因此难以提供更好的人机交互。

因此，需要提供一种机器人助理来克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人助理，旨在解决现有上述问题。

本发明是这样实现的，一种机器人助理，包括：轮式基座；定位于该轮式基座的主体；可旋转地连接到该主体的可折叠座椅；致动器，其被配置为使该可折叠座椅相对于该主体旋转；接收命令指令的控制系统，该致动器电连接于该控制系统；其中，响应于所述命令指令，该控制系统被配置为控制该致动器将该可折叠座椅旋转至一折叠位置或一展开位置；其中，该控制系统还被配置为检测是否有来自用户的外力作用于该可折叠座椅，以及释放该致动器以允许手动旋转该可折叠座椅。

进一步地，该可折叠式座椅包括中空的座体，该致动器设置在该座体内

进一步地，机器人助理进一步包括固定在该轮式基座上的两个支撑件和连接到所述两个支撑件之一的第一连接轴，其中，该致动器包括旋转输出轴，该第一连接轴同轴连接到该旋转输出轴。

进一步地，机器人助理进一步包括固定在该轮式基座上的两个支撑件、连接到所述两个支撑件之一的第二连接轴和扭簧，其中，该可折叠座椅可相对于该第二连接轴旋转，该扭簧套在该第二连接轴，该扭簧包括分别抵靠该可折叠座椅和第二连接轴的两端。

进一步地，该可折叠座椅包括座体，该座体包括底座和座盖，该底座在下侧限定出储物空间，并包括与该底座可转动连接的门，该门被配置为保持该储物空间关闭。

进一步地，机器人助理进一步包括布置在该轮式基座内的光传感器，其中，该光传感器电连接到该控制系统，该控制系统被配置为响应于该光传感器在预设时间段内检测到用户的存在而控制该致动器将该可折叠座椅旋转到该展开位置。

本发明还提供一种机器人助理，包括：轮式基座；可相对于该轮式基座旋转的可折叠座椅；致动器，其被配置为使该可折叠座椅相对于该轮式基座旋转；一个或多个处理器；存储器；和一个或多个程序，所述一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括：接收指示该可折叠座椅旋转的命令的指令；基于该指示可折叠座椅旋转的命令，向该致动器发送位置命令以将该可折叠座椅旋转到期望位置的指令；检测该折叠座椅是否受到外力的指令；和释放该致动器以允许该可折叠座椅响应于检测到外力而被手动旋转的指令。

进一步地，该检测该折叠座椅是否受到外力的指令包括：测量该致动器电流的指令；和用于响应于该致动器的电流在预设时间段内大于预设值而确定外力已施加到该可折叠座椅的指令。

本发明还提供一种用于控制机器人助理的方法，该方法包括：提供轮式基座；提供可相对于该轮式基座旋转的可折叠座椅；提供致动器，该致动器被配置为使该可折叠座椅相对于该轮式基座旋转；接收指示该可折叠座椅转动的命令；根据该指示该可折叠座椅旋转的命令，向该致动器发送位置命令以将该可折叠座椅旋转到期望位置；检测该折叠座椅是否受到外力；和释放该致动器以允许该可折叠座椅响应于检测到外力而被手动旋转。

进一步地，释放该致动器以允许该可折叠座椅响应于检测到外力而被手动旋转之后，还包括：测量该致动器的电流；确定该可折叠座椅的位置；和响应于该可折叠座椅处于折叠位置或展开位置，对该可折叠座椅执行柔顺控制以补偿基于该致动器的电流确定的外力。

本发明相对于现有技术的技术效果是：机器人助理能工作在自动控制模式和手动控制模式，以根据不同的情况来将可折叠座椅转动至期望位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一个实施例的机器人助理的示意性立体图。

图2是机器人助理的示意性立体图，为了清楚起见省略了某些部件。

图3a类似于图2，但从不同的角度观察。

图3b类似于图3，但示出了处于伸出位置的显示器。

图4是图2的部分A的放大视图。

图5是图3a的部分B的放大视图。

图6是示出处于两个不同位置的显示器的示意图。

图7是根据一个实施例的机器人助理的示意框图。

图8是根据一个实施例的用于控制机器人助理的方法的示意性流程图。

图9是根据一个实施例的用于控制机器人助理的方法的示意性流程图。

图10示出了根据一个实施例的由机器人助理的摄像头连续拍摄的两个示例性图像。

图11是根据一个实施例的用于控制机器人助理的方法的示意性流程图。

图12示出了根据一个实施例的示出用户面部的关键点的示例性图像。

图13是根据一个实施例的机器人助理的简化模型的示意图。

图14a是示出当用户站在距相机中心的预定位置处时用户的面部与图像平面中的面部图像之间的关系的图。

图14b是示出当用户站在随机位置时用户的面部与图像平面中的面部图像之间的关系的图。

图15是根据一个实施例的机器人助理的示意框图。

图16是根据一个实施例的用于在自动控制模式和手动控制模式下控制显示器的方法的流程图。

图17示出了根据一个实施例的机器人助理，其中可折叠座椅处于折叠位置。

图18类似于图17，其中可折叠座椅处于展开位置。

图19是根据一个实施例的可折叠座椅的示意性立体图。

图20是可折叠座椅的俯视图，为了清楚起见省略了座盖。

图21是包括致动器和支撑件的组件的分解图。

图22类似于图21，但从不同的角度观察。

图23是包括另一支撑件和连接到盖支撑件的部件的组件的立体图。

图24是可折叠座椅的立体图，其中门处于打开位置。

图25是根据一个实施例的用于控制可折叠座椅的方法的流程图。

图26是根据一个实施例的可折叠座椅的动态模型的示意图。

图27是导纳控制方案的示意图。

图28是根据一个实施例的用于执行柔顺控制的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

图1示出了机器人助理100的立体图。在一个实施例中，机器人助理100可以被设计成帮助支撑用户体重的一部分，以在用户(例如，寻求护理者或患者)行走时减轻用户腿部的负荷。机器人助理100可以在人们行走期间为他们提供支撑/引导，从而他们可以保持平衡并安全行走。在一个实施例中，机器人助理100可用于诸如医疗场所、老年护理场所、辅助生活场所等场所中，以在老年人行走时帮助他们。然而，机器人助理100可以用于其他场所中。例如，机器人助理100可以在医院中使用，以向因事故或疾病而暂时丧失行走能力的人提供行走辅助、身体训练和跌倒预防。

参考图2、3a和3b，在一个实施例中，机器人助理100可以包括基座10、位于基座10上的升降机构20、可旋转地安装在升降机构20上的显示器30、位于显示器30上的摄像头40和控制系统50(参见图7)，控制系统50接收来自主计算机和显示在显示器30上的图形用户界面(GUI)的命令指令以允许用户(例如医疗保健专业人员和寻求护理者)直接控制机器人助理100。响应于命令指令，控制系统50控制升降机构20的移动和显示器30的旋转，和/或机器人助理100的其他机械或软件方面。

在一个实施例中，基座10可以提供用于机器人助理100从一个位置移动到另一个位置的移动机构。在一个实施例中，基座10包括本体、两个差动驱动轮机构以及连接到本体的一个或多个其他轮。轮机构允许基座10沿期望路径移动，而所述一个或多个其他轮实现基座10的平衡和稳定性。所述一个或多个其他轮可以是脚轮或全向驱动轮。

在一个实施例中，升降机构20位于基座10的顶部。通过升降机构20的致动，显示器30可以在竖直方向上上下移动。当显示器30处于最低缩回位置时，升降机构20使机器人助理100具有有限的高度，这有利于机器人助理100在移动和行进期间的稳定性。升降机构20可被致动以将机器人助理100调整到不同的高度，从而使机器人助理100能够灵活地适应不同身高的用户。下文提供升降机构20的进一步描述。

在一个实施例中，机器人助理可以包括使机器人助理100能够感知机器人助理100工作的环境的传感器。在一个实施例中，传感器可以包括不需要与被检测物体物理接触的测距传感器。它们允许机器人助理100感知障碍物而无需实际接触它。测距传感器可以包括红外(IR)传感器、超声波传感器、一个或多个光检测和测距(LiDAR)传感器、近场通信(NFC)和RFID传感器/读取器。在一个实施例中，传感器可以包括惯性测量单元(IMU)传感器，每个惯性测量单元传感器都包含至少一个加速度计和至少一个陀螺仪。所述一个或多个LiDAR传感器用于创建环境地图。结合IMU传感器，激光雷达传感器用于确定机器人助理100在环境地图中的实时位置。来自测距传感器的数据用于在机器人助理100移动期间检测障碍物，例如颠簸、悬垂物体、溢出物和其他危险，并且机器人助理100可以提醒用户绕过检测到的障碍物。这些传感器可以沿着基座10或机器人助理100的其他位置定位。

控制系统50与基座10、升降机构20和传感器电连接，并且被配置为接收命令指令以控制机器人助理100。命令指令可以响应于机器人助理100的移动/动作而从控制系统50接收，或者控制系统50可以无线地或通过有线连接或通过显示器30上的GUI从主计算机接收命令指令。控制系统50还可以直接从用户接收命令指令。例如，机器人助理100可以检测机器人助理100的把手是否被用户握住。在一些模式中，控制系统50在用户握持把手后接收命令指令。控制系统50响应命令指令，控制基座10的运动，并控制升降机构20驱动显示器30的竖直运动。下文提供对控制系统50的进一步描述。

在一个实施例中，基座10可以是差动驱动平台。基座10可以包括两个独立驱动的轮机构和一个脚轮机构。两个轮机构相互间隔设置在基座10的相对两侧，它们的旋转轴线彼此对齐并且沿基座10的宽度方向延伸。脚轮机构可以包括全向轮且邻近基座10的与轮机构相对的一端设置。需要说明的是，轮机构和脚轮机构的数量和布置方式可以根据实际需要而改变。例如，在替代实施例中，两个轮机构和两个脚轮机构可以分别设置在基座10的四个角处。

参考图3b，在一个实施例中，升降机构20可包括安装在基座10上的致动器21、竖直设置在基座10上的主体23、以及可滑动地容纳在主体23中的滑动件25。致动器21用于驱动滑动件25在竖直方向上下移动。显示器30因此可在最低缩回位置(见图1-3a)和一个被确定的伸出位置(见图3b)之间移动。

在另一个实施例中，升降机构20可以包括设置在主体23和滑动件25内的提升机构。致动器21可以是直线电机，用于驱动提升机构在竖直方向伸长或缩回。致动器21用于对提升机构施加推力或拉力，以驱动提升机构在竖直方向伸长或缩回，从而驱动滑动件25在竖直方向上下移动。在一个实施例中，提升机构可以包括联接到电机的输出轴的丝杠，以及联接到丝杠并且可沿着丝杠滑动的螺纹套环。通过螺纹套环与丝杠的啮合，来自致动器21的旋转运动被转换成平移运动。然后升降机构可以驱动显示器30上下移动。

在又一个实施例中，提升机构可以是剪式提升机构。具体地，提升机构可以包括一对或多对支撑件，它们彼此可旋转地连接，并且每对支撑件形成十字形“X”图案。这些支撑件对的布置方式是众所周知的，在此不再赘述。需要注意的是，丝杠和螺纹套环以及剪刀式提升机构只是提升机构的示例。提升机构可根据实际需要采用其他构造。

在一个实施例中，机器人助理100还可以包括安装在基座10顶部的第一外壳201(见图1)。升降机构30设置在第一外壳201内。

参考图2和图3a，在一实施例中，机器人助理100还可以包括位于升降机构20顶部的显示器支架301和固定在显示器支架301上的电机302。显示器30通过显示器支架301间接安装在升降机构20上。电机302用于驱动显示器30相对于显示器支架301旋转。在一个实施例中，显示器支架301是由多个板件组成的中空框架，包括一个底板3011和两个垂直板3012和3013。底板3011固定在升降机构20的滑动件25的顶部。两个垂直板3012和3013设置在底板3011的相对两侧。显示器30可旋转地连接到垂直板3012和3013的上端。在一个实施例中，显示器30可以限定U型凹槽31，两竖板3012、3013的上端收容在凹槽31内，并与凹槽31的内侧面转动连接。

在一个实施例中，电机302设置在垂直板3012和3013之间的空间中，并固定在垂直板3012上。在这种情况下，电机302的旋转电机轴穿过在垂直板3012限定的孔，并且固定到显示器30。显示器30因此能够与电机轴一起旋转。

参考图4和图5，在一个实施例中，机器人助理100还可以包括与显示器支架301连接的旋转阻尼器303。旋转阻尼器303被配置为控制显示器30的旋转速度。旋转阻尼器303被固定到垂直板3013。在一个实施例中，显示器30通过连接件304和旋转阻尼器303连接到垂直板3013。旋转阻尼器303可以限定通孔3031。在一实施例中，通孔3031设置于旋转阻尼器303的转子上，并且为方孔。连接件304包括主体3041和轴3042。主体3041的一端固定在显示器30上，另一端设置有该轴3042，轴3042的尺寸和形状根据旋转阻尼器303的方形通孔3031而定。主体3041穿过竖板3013上的通孔3014，轴3042穿过旋转阻尼器303的方形通孔3031，从而可以将旋转从显示器30传递到旋转阻尼器303。具体地，当连接件304与显示器30一起旋转时，旋转阻尼器303的转子因此被驱动旋转。有多种类型的阻尼器可供选择。例如，旋转阻尼器303可以利用流体阻力原理来抑制运动。在该示例中，旋转阻尼器303可以包括主体、转子、盖以及填充在由主体、转子和盖限定的空间中的油。油的黏度是用来提供制动力来减慢显示器30的旋转运动，这样可以保证显示器30的转动平稳而平缓。图4仅是说明性示例，根据实际需要，可以使用其他类型的阻尼器来控制显示器30的速度。

参考图4，在一个实施例中，机器人助理100还可以包括限位开关305，限位开关305固定连接于到显示器支架301。限位开关305被配置为响应于显示器30旋转到预定位置而被激活。控制系统50被配置为响应于限位开关305被激活而停止显示器30的旋转。在一个实施例中，限位开关305是光学限位开关并且布置在旋转阻尼器303附近。块体306固定在连接件304的轴3042的端部。块体306因此可以与显示器30一起旋转。限位开关305可以是红外开槽光学开关，并且可以包括红外源和经滤波的红外光电晶体管检测器，所述红外源和所述经滤波的红外线光电晶体管检测器彼此相对地安装，并且在它们之间具有小的开放间隙。限位开关305可以检测间隙中阻挡光的物体的存在。当块体306的末端移动到限位开关305的间隙中时，限位开关305被激活，然后控制系统50向电机302发送信号以停止显示器30的旋转。需要注意的是限位开关305可以是其他类型的开关，例如机械式限位开关。在一个实施例中，预定位置是指如图1和2所示的原始位置。当显示器30处于初始位置时，块体306的末端被容纳在限位开关305的间隙中。

再次参考图2和3a，在一个实施例中，机器人助理100还可以包括两个把手60，它们固定连接到升降机构20。两个把手60被配置为刚好放入到用户的手以提供两个手柄。使用者在行走/站立时可以握持两个把手60，这使得机器人助理100可以为使用者提供向上的支撑力，从而帮助使用者在行走/站立时保持平衡。在一个实施例中，两个把手60通过大致U形的杆61连接到升降机构20。机器人助理100还可以包括设置在第一壳体201上方的第二壳体62(见图1)。第二壳体62收容U型杆61并固定于U型杆61。

在一个实施例中，显示器30可以是触敏显示设备并且每个都提供机器人助理100和用户之间的输入接口和输出接口。显示器30可以向用户显示视觉输出。视觉输出可以包括图形、文本、图标、视频以及它们的任何组合。在一个实施例中，当显示器30处于如图1所示的原始位置时，显示器30面向机器人助理100的前方以显示一般信息，或允许没有主动使用步行功能的用户远程呈现(telepresence)。当显示器30旋转到面向后方的位置时，显示器30可以显示步行/训练相关信息。

在一个实施例中，摄像头40可以是RGB摄像头并且设置在显示器30的边框中。参照图6，当显示器30处于原始位置时，摄像头40面向前方，并且摄像头40可以与显示器30一起旋转到期望的位置以面向后。显示器30/摄像头40的运动范围可以设置为165度。然而，显示器30/摄像头40的运动范围可以根据实际需要而改变。

参考图7，在一个实施例中，控制系统50可以包括处理器51和存储计算机可读指令的存储器52。处理器51运行或执行存储在存储器52中的各种软件程序和/或指令集，以执行机器人助理100的各种功能并处理数据。处理器51可以是中央处理单元(CPU)、通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件、分立门、晶体管逻辑器件、分立硬件组件或这些组件中的一些或全部的组合。通用处理器可以是微处理器或任何常规处理器等。存储器52可以存储软件程序和/或计算机可读指令集并且可以包括高速随机存取存储器并且可以包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。

在一个实施例中，机器人助理100可以包括多个传感器70，包括3D摄像头72、LiDAR传感器73、多个IR传感器74、多个超声波传感器75和多个IMU传感器76。3D相机72可以设置在第一外壳201上。IR传感器74和超声波传感器75可以设置在第一外壳201上。IMU传感器76可以设置在底座10上。传感器72至76被配置为向控制系统50输出数据，使得控制系统50可以为机器人助理100执行定位、运动规划、轨迹跟踪控制和避障。在一个实施例中，心电图(ECG)传感器77可以嵌入把手中来测量握住把手60的用户的心跳。应该注意，机器人助理100可以具有比所示更多的传感器。

在一个实施例中，机器人助理100还包括为机器人助理100的所有关键部件供电的电源系统81。电源系统81安装在底座10上，并且可以包括电池管理系统(BMS)，一个或多个电源(例如，电池、交流电(AC))、充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或逆变器、电源状态指示器(例如，发光二极管(LED))和与电力的产生、管理和分配相关的任何其他组件。电源系统81还可以包括自充电单元，该自充电单元可以与固定位置的对接充电站接合，从而允许对机器人助理100进行充电。电池管理系统管理可充电电池，例如保护电池免于在安全工作区域之外工作、监控其状态、计算辅助数据、报告该数据、控制其环境、对其进行验证和/或平衡它。

在一个实施例中，机器人助理100还可以包括扬声器82和麦克风83，它们在用户和机器人助理100之间提供音频接口。麦克风83接收音频数据，将音频数据转换为电信号，该电信号作为命令传送到控制系统50。扬声器82将电信号转换为人类可听到的声波。扬声器82和麦克风83实现用户和机器人助理之间的语音交互。扬声器82可出于娱乐目的向用户播放音乐或其他音频内容。机器人助理100还可以包括无线通信接口84，例如WIFI和蓝牙模块。机器人助理100还可以包括NFC子系统85，NFC子系统85可以包括NFC芯片和与另一个设备/标签通信的天线，这允许NFC子系统85具有NFC读取功能。NFC子系统85可用于授权目的。也就是说，NFC子系统85可以用作确定与系统资源相关的用户特权或访问级别的安全机制。

应该注意的是，图7仅示出了机器人助理100的一个示例，并且机器人助理100可以具有比所示更多或更少的组件，可以组合两个或更多个组件，或者可以具有不同的组件配置或布置。例如，机器人助理100可以包括前灯带和后灯带，以在环境黑暗时为用户照亮路径。机器人助理100可以包括用于存储物品的储存单元，使得机器人助理100可以将物品递送到期望的位置。图7中所示的各种组件。图7所示的各种组件可以用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。

图8是图示根据一个实施例的控制机器人助理100的方法的流程图，其包括以下步骤。需要注意的是，图8所示的步骤顺序不是限制性的，可以根据实际需要而变化。

步骤S101：接收命令指令。控制系统50的处理器51接收命令指令。例如，处理器51可以从用户(例如，寻求护理者)接收命令指令，该命令指令请求机器人助理100从一个位置获取物体并将物体递送到另一位置。

步骤S201：响应第一命令指令移动基座10。处理器51可以分析每个命令指令并且响应于第一命令指令将基座10移动到被确定的位置。第一命令指令可以包括机器人助理100需要到达的位置的描述。例如，当用户(例如，寻求护理者)请求机器人助理100取回和递送物体时，第一命令指令可以包括对存储对象的起始位置和需要递送物体的目标位置的描述。处理器51可以执行存储在存储器52中的软件程序和/或指令集以执行定位、运动规划和轨迹跟踪，使得基座10可以在沿规划路径移动期间确定其在已知地图中的实时位置。如果规划路径上存在动态障碍物，处理器51可以规划新路径以避开障碍物。换言之，可以控制基座10沿着规定路径，如果路径上有障碍物，则将调整该路径。基座10可以自主地首先移动到起始位置，然后移动到目标位置。此外，基座10可以通过屏幕上的命令或从手柄推断的控制输入来控制，手柄可以连接称重传感器。这允许用户直接控制基座10的移动。

步骤S301：响应第二命令指令控制升降机构20上下移动显示器30和把手60。处理器51可分析每条命令指令并控制升降机构20响应第二命令指令上下移动显示器30和把手60。例如，处理器51可以从用户(例如，寻求护理者)接收命令指令并且控制机器人助理100在被确定的位置之间自主移动。在这种情况下，处理器51控制升降机构20将显示器30和把手60向下移动到最低的缩回位置(见图1)，使得机器人助理100可以具有有限的高度，这有利于移动过程中的稳定性。处理器51可以接收来自用户(例如，寻求护理者)的命令指令，该用户在用户行走时请求机器人助理100提供帮助，然后处理器51可以确定用户的高度，并且可以根据用户的高度将显示器30和手柄60移动到伸出位置。在这种情况下，伸出位置不是固定位置，可能会根据用户的高度而变化。利用这种配置，机器人助理100可以具有适应不同高度的不同用户的灵活性，这允许不同用户以基本直立的姿势行走和推动机器人助理100。

步骤S401：响应第三命令指令旋转显示器30。处理器51可以分析每个命令指令并根据第三命令指令旋转显示器30。例如，处理器51可以从用户(例如，寻求护理者)接收命令指令，并控制机器人助理100在确定的位置之间自主移动。在这种情况下，处理器51将显示器30旋转到其如图1所示的原始位置，使得摄像头40面向前方，并且能够检测机器人助理100前方的物体，使得机器人助理100能够感知环境。处理器51可以接收来自用户(例如，寻求护理者)的命令指令，该用户请求机器人助理100在用户行走时提供帮助，处理器51将显示器30旋转到摄像头40面朝后的位置，并且可以检测用户的面部表情或其他生物特征。结果，机器人助理100可以监测用户的疲劳。

在一个实施例中，机器人助理100可以在不同模式下工作。例如，机器人助理100可以在第一模式或自主模式下工作。在该模式下，控制系统50可以基于传感器72至76输出的数据来执行定位、运动规划、轨迹跟踪控制和障碍物回避，这允许机器人助理100在起始位置和目标位置之间自主移动，以实现分配的任务。机器人助理100可以在第二模式或睡眠模式下工作。在该模式下，机器人助理100进入低功率状态并保持该状态。当处于第一模式的机器人助理100在预设时间段(例如，10分钟)内没有接收到用户输入或者机器人助理100被充电时，机器人助理100切换到第二模式。在接收到来自用户的命令(例如语音命令、显示器30上的触摸等)之后，机器人助理100可以切换回第一模式。

机器人助理100可以在第三模式或站立辅助模式下工作。在该模式中，机器人助理100用作稳定的结构，其中用户可以抓住把手21并从坐姿站起来。在处于第一模式的机器人助理100接近坐着的用户之后，机器人助理100可以切换到第三模式。当没有实体任务时，处于第三模式的机器人助理100可以切换到第一模式。机器人助理100可以在第四模式或步行辅助模式下工作。在该模式下，机器人助理100准备好被用户推动，并且在用户行走时帮助支撑用户的一部分体重。在处于第一模式的机器人助理100接近站立的用户之后，机器人助理100可以切换到第四模式。当没有实体任务时，处于第四模式的机器人助理100可以切换到第一模式。

机器人助理100可以在第五模式或训练模式下工作。在该模式下，机器人助理100准备好被用户推动，并且在用户行走时帮助支撑用户的一部分体重。在处于第一模式的机器人助理100接近站立的用户之后，机器人助理100可以切换到第五模式。当没有实体任务时，处于第五模式的机器人助理100可以切换到第一模式。训练模式和步行辅助模式之间的区别在于，处于训练模式的机器人助理100可以对用户施加额外的阻力，使得他/她必须做出额外的努力来推动机器人助理向前或推来推去，从而在给定足够的训练项目的情况下增加肌肉力量和协调能力。在一个实施例中，基座10还可以包括制动器。当机器人助理切换到训练模式时，处理器51控制制动器压靠基座10的移动轮以产生摩擦。在这种情况下，用户需要向机器人助理100施加更多的推力，从而在足够的训练项目下增加肌肉力量和协调能力。应当注意，机器人助理100可以具有比上面讨论的更多的工作模式。

在一个实施例中，在训练模式下，机器人助理100可以为用户进行深蹲提供帮助/指导。这里，深蹲指的是一种力量训练，练习者从站立位置降低臀部，然后站起来。图9示出了当用户进行深蹲时用于控制机器人助理的方法的示例性流程图。该方法可以包括以下步骤。

步骤S1001：基于摄像头40拍摄的图像，检测用户的面部在竖直方向上的移动。

如果用户在做深蹲时希望获得机器人助理100的帮助/指导，他/她需要站在机器人助理100附近和后面。在收到用户的深蹲锻炼命令后，处理器51控制显示器30旋转，使得摄像头40可以面朝后以拍摄机器人助理100后面的环境图像。处理器51可以基于机器人助理100后面的环境图像来检测用户面部在竖直方向上的移动。处理器51可以比较连续拍摄的两个或多个图像。

在一个实施例中，处理器51比较两个连续拍摄的图像。具体地，图10中的图像1表示先前拍摄的图像，图像2表示当前拍摄的图像。处理器51可以识别图像1和图像2中的用户的面部，并确定图像1和图2中的面部的位置。在一个实施例中，面部的位置是指图像1和2中的面部的边界框的中心。通过比较图像1和2中的面部位置，处理器51可以确定用户的面部向下移动。

步骤S1002：响应于检测到用户面部在竖直方向上的移动，旋转显示器30并启动升降机构20以上下移动显示器30，以允许摄像头40在用户面部在竖直方向上移动期间面对用户面部。

在一个实施例中，当用户的面部向下移动时，处理器51控制升降机构20将显示器30向下移动预定距离，并且当用户的脸部向上移动时，控制升降机构30将显示器30向上移动预定距离。处理器51然后旋转显示器30，直到摄像头40面对用户的面部。这样，摄像头40可以保持面对用户的脸，这允许用户的脸持续出现在显示器30的中间，以获得更好的显示操作体验。

参考图11，在一个实施例中，旋转显示器30可包括以下步骤。步骤S2001：在由摄像头40拍摄的图像中的当前图像中确定用户面部的关键点。

参考图12，在一个实施例中，关键点可以是用户的眼睛之间的中心、用户的嘴的中心、用户的鼻尖等。在本实施例中，关键点是用户眼睛之间的中心P。处理器51可以首先确定用户眼睛的中心，然后确定通过连接用户眼睛的两个中心而形成的线段的中点。然后将中间点确定为关键点。

在一个实施例中，图12中的点A、B、C和D表示边界框的四个顶点，关键点P的位置可以根据以下公式计算：

和

其中，P_x表示关键点P的x坐标，A_x、B_x、C_x和D_x表示顶点A、B、C和D的x坐标，P_y表示关键点P的y坐标，A_y、B_y、C_y和D_y表示顶点A、B、C和D的y坐标。在一个实施例中，当

时，确定用户的面部位于显示器30的中间，其中，H表示图12中所示图像的高度。图12中的坐标系定义如下：坐标系的原点是图像的左上角，x轴和y轴分别沿着图像的宽度和高度。

步骤S2002：确定通过关键点P与相机中心的线和摄像头40的光轴之间的角度。

图13是示出机器人助理100的简化模型的示意图，其中摄像头40面朝后。机器人助理100的简化模型具有竖直平移自由度(DOF)和旋转自由度。以相机中心为原点C建立坐标系x₃y₃z₃，坐标系x₃y₃z₃的z轴沿着摄像头40的光轴延伸，该光轴是从焦点开始的线，垂直于图像平面。在一个实施例中，针孔相机模型用于对摄像头40进行建模。如图14a和14b所示，在该模型中，从概念上讲，所有的光都穿过一个小针孔，并照亮其下方的图像平面。在图像平面上形成的图像遵循投影几何定律。针孔相机模型的针孔被定义为上面的“相机中心”。因此，图13中的z轴和线段CP之间的角度θ_obj是通过关键点P和相机中心的线与摄像头40的光轴之间的角度。角度θ_obj也可以称为用户面部的俯仰角。

计算角度θ_obj的原理如下所述。图14a是示出当用户站在距相机中心C的预定位置处时，用户的面部和用户的面部在图像平面中的图像之间的关系的图。图14b是示出当用户站在随机的当前位置时，用户的面部和图像平面中的用户面部的图像之间的关系的图。在图14a和14b中，用户的面部由线段AD表示，线段AD垂直于穿过相机中心C的主轴并且垂直于图像平面。线段AD在主轴上的投影点由M⁰和M¹表示。点M⁰和M¹被映射/投影为图像平面中的N⁰和N¹。端点A和D被映射/投影到图14a的图像平面中的A⁰和D⁰，并且被映射/投射为图14b的图像平面的A¹和D¹。图14a和14b中的关键点P被映射/投影为图14a、14b中图像平面中的Q⁰和Q¹中。根据三角形相似定理，

并且

其中，f_{focal_length}表示相机中心和图像平面之间的距离。根据这两个方程，可以得到以下方程：

根据三角形相似定理，

因为

并且

可以得到以下公式：

AD和M⁰C可以预先测量，A⁰D⁰通过对点A⁰和D⁰之间的像素数进行计数来确定，N¹Q¹通过对点N¹和Q¹之间的像素数来确定。这样，可以确定站在机器人助理100后面的随机当前位置的用户面部的俯仰角θ¹ _obj。

步骤S2003：确定用户面部在竖直方向上的移动方向。在一个实施例中，处理器51可以通过比较连续拍摄的两个或多个图像来确定用户面部在竖直方向上的移动方向，这已经结合图10进行了讨论。

步骤S2004：启动升降机构，根据用户面部在竖直方向上的移动方向向上或向下移动显示器。具体地，升降机构20被控制为当用户的面部向下移动时将显示器30向下移动预定距离，并且被控制为在用户的面部向上移动时将显示器30向上移动预定距离。

步骤S2005：基于用户面部在竖直方向上的移动方向以及通过关键点P和相机中心的线与摄像头40的光轴之间的角度来旋转显示器，在一个实施例中，处理器51旋转显示器30，同时控制升降机构20以将显示器30向上或向下移动预定距离，直到摄像头40面向用户的面部。

参考图15，在一个实施例中，控制系统50可以包括视觉伺服系统，该视觉伺服系统包括比例积分微分(PID)控制器。PID控制器可以接收关键点P的目标位置和关键点P当前位置之间的差。此处的目标位置是关键点P位于显示器30中间的位置，即，

(见图12)。PID控制器可以包括比例控制器，其对关键点P的目标位置和关键点P当前位置之间的差应用适当的比例变化。PID控制器可以包括积分控制器，其检查关键点P随时间的位置和关键点P的目标位置的偏移，然后在必要时校正控制器输出。PID控制器可以包括微分控制器，该微分控制器监测关键点P的位置变化率，并在出现异常变化时相应地改变控制器输出。

控制系统50可以包括接收来自视觉伺服系统的PID控制器的控制器输出的躯干控制系统。站在机器人助理100后面的当前位置的用户面部的俯仰角θ¹ _obj也被输入到躯干控制系统中。躯干控制系统可以包括用于控制升降机构20的PID速度控制器。在确定用户面部的移动方向之后，PID速度控制器控制升降机构20以将显示器30向上或向下移动确定的距离，这导致俯仰角θ¹ _obj减小θ^1” _obj。躯干控制系统可以包括PID位置控制器，用于控制显示器30旋转以使俯仰角θ¹ _obj减小θ^1' _obj。θ^1' _obj和θ^1” _obj满足以下等式：θ^1' _obj+θ^1” _obj＝θ¹ _obj。因此，在显示器30向上或向下移动确定的距离并旋转角度θ^1' _obj之后，俯仰角θ¹ _obj等于0，这意味着关键点P已经从当前位置移动到目标地点。

控制系统50可以包括双模式控制器，其可以接收来自PID位置控制器的输出以旋转显示器30。双模式控制器还可以释放电机302，使得显示器30可以被用户手动旋转。图16是用于在自动控制模式和手动控制模式下控制显示器30的方法的流程图。该方法可以包括以下步骤。

步骤S3001：从PID位置控制器接收角度信号。

双模式控制器接收来自PID位置控制器的角度信号以将显示器30旋转角度θ^1' _obj。

步骤S3002：测量用于旋转显示器30的电机302的电流。

当显示器30上没有施加外力时，电机302的电流将小于最小阈值。当用户对显示器30施加外力以手动旋转显示器30时，电机302的电流将大于最大阈值。通过测量和监测电机302的电流，可以判断用户是否对显示器30施加了外力。

步骤S3003：判断电流是否在预设时间内大于阈值。

例如，如果电流大于最大阈值达2秒，则确定用户对显示器30施加了外力。如果是，则流程进行到步骤S3004；否则，流程进行到步骤S3005。

步骤S3004：释放电机302进行手动操作。

在检测到来自用户的外力后，处理器51将释放电机302。例如，电机302可以与显示器30分离，从而释放显示器30，并允许用户手动旋转显示器30。

步骤S3005：继续向电机302发送位置命令。

如果没有外力施加在显示器30上，处理器51将继续向电机302发送位置命令，使得显示器30可以根据来自PID位置控制器的角度信号旋转到期望位置。

步骤S3006：测量用于旋转显示器30的电机302的电流。

在释放电机302之后，将测量和监测电机302的电流，从而可以确定外力是否仍施加在显示器30上。

步骤S3007：确定电流是否在预设时间段内小于阈值。

当电流小于最小阈值达预设时间段(例如，2秒)时，确定施加在显示器30上的外力已停止；否则，确定外力仍施加在显示器30上。如果电流在预设时间段内小于最小阈值，则流程返回到步骤S3002。如果电流不小于最小阈值达预设时间段，则流程回到步骤S3006。

图16所示的方法允许显示器30自动旋转到摄像头40面向用户面部的位置，并且允许用户手动将显示器30旋转到期望的位置。在外力停止后，显示器30将从手动控制模式切换到自动控制模式。

应当理解，上述公开详细描述了可以提供行走辅助和跌倒预防的机器人助理100的若干实施例。如上所述，机器人助理100可用于辅助生活场所或医疗场所。然而，本公开不限于此。在其他示例性使用场景中，机器人助理100可以在医院中使用。

通过上述配置，机器人助理可以促进老年人积极的生活方式。机器人助理可以让他们做更多的运动，以保持他们的行动能力。四处走动也为老年人提供了更多与其他人互动的机会(尤其是在老年护理场所或辅助生活场所中)，从而减少了他们的孤立感。当做深蹲的用户正确地站在机器人助理的后面时，可以控制摄像头以始终面对用户的面部，这允许用户的面部出现在显示器的中心。机器人助理可以通过在显示器上显示信息(例如下蹲次数)来提供指导/帮助。

参考图17和18，在一个实施例中，机器人助理100还可包括可旋转地连接到第一壳体201(也称为主体201)的可折叠座椅90，以及致动器80(见图21)，其被配置为相对于主体201旋转可折叠座椅90。座椅90可在折叠位置(见图17)和展开位置(见图18)之间旋转。处于展开位置的座椅90允许使用者坐在其上休息。

处理器51可以分析每个命令指令并将座椅90旋转到折叠或展开位置。处理器51可以接收来自用户(例如，寻求护理者)的命令指令，以将座椅90旋转到展开位置，从而用户可以坐在座椅90上。此外，当满足某些条件时，处理器51可以旋转座椅90。例如，当处理器51根据摄像头71的输出确定用户疲劳时，处理器51可以将座椅90旋转到展开位置，从而用户可以坐在座椅90上。处理器51可以接收触敏显示器上的触摸和通过麦克风83的语音命令，并相应地旋转座椅90。

参考图19和20，在一个实施例中，座椅90可包括中空的座椅本体91，致动器80布置在座椅本体91内。座椅本体91可包括座椅基座921和连接到座椅基座922的座椅盖922。致动器80布置于由座椅基座923和座椅盖924限定的空间内。

在一个实施例中，机器人助理可以包括两个固定在轮式基座10上的支撑件202和203。例如，轮式基座10可以包括上盖101，两个支撑件202和203安装在上盖101上。两个支撑件202和202基本垂直并彼此间隔开。两个支撑件202和203容纳在第一壳体201中，座椅90布置在支撑件202和203之间并可旋转地连接到支撑件202、203。

参考图20-22，在一个实施例中，机器人助理可以包括连接到支撑件202的第一连接轴93。致动器80包括旋转输出轴801，并且连接轴93同轴连接到旋转输出轴801。在本实施例中，支撑件202的上端可开设一通孔，连接轴93穿过该通孔。具体地，连接轴93可以包括杆部931和头部932，头部932形成在柄部931的一端并且直径大于杆部931的直径。头部932抵靠支撑件202并且可以是通过诸如螺钉之类的紧固件固定到支撑件202。因此，连接轴93相对于支撑件202是静止的。在该实施例中，连接轴93基本上是水平的。

在一个实施例中，致动器80包括致动器本体802，并且旋转输出轴801从致动器本体802的表面突出。致动器本体802固定到座椅盖922。由于连接轴93相对于支撑件202是静止的，并且连接轴93与旋转输出轴801同轴连接，因此，当致动器80工作时，座椅90可以与致动器本体802一起相对于连接轴93和输出轴801转动。

在一个实施例中，致动器80可以通过第一连接件941和第二连接件942固定到座椅盖922。第一连接件941可以包括限定通孔的竖直片9411和固定到座椅盖922的水平片9412。连接轴93穿过支撑件202上端的通孔、座椅基座921上的通孔和垂直片9411上的通孔。第二连接件942可以包括主体9421和从主体9421的第一侧突出的多个腿9422。腿9422彼此间隔开并且固定到竖直片9411。致动器主体802是固定于主体9421的与第一侧相对的第二侧。在一个实施例中，主体9421可以限定有通孔。旋转输出轴801的端部穿过主体9421的通孔与第一连接轴93连接。在一个实施例中，旋转输出轴801的端部可以包括第一盘803，第一连接轴93可以包括在其端部的第二盘933。第一盘803和第二盘933可以通过诸如螺钉的紧固件彼此连接。第一连接轴93因此同轴连接到旋转输出轴801。

参考图23，在一个实施例中，机器人助理可以包括连接第二支撑件203的第二连接轴95。在该实施例中，支撑件203的上端可以开设有通孔，第二连接轴95穿过该通孔。具体地，第二连接轴95可以包括杆部951和头部952，头部952形成在柄部951的一端并且直径大于柄部951的直径。头部952抵靠支撑件203并且可以通过诸如螺钉的紧固件固定到支撑件203。第二连接轴95因此相对于支撑件203是静止的。在该实施例中，第二连接轴95基本上是水平的。

座椅90由第二连接轴95支撑并可相对于第二连接轴95转动。在一个实施例中，座椅90通过第三连接件943可转动地连接到第二连接轴95。具体地，第三连接件943可以包括限定通孔的垂直片9431和固定到座椅盖922的水平片9432。连接轴95穿过支撑件203上端的通孔、座椅基座921上的通孔和垂直片9431上的通孔。第二连接轴95和第一连接轴93座90沿相同的旋转轴线延伸，座椅90围绕该旋转轴线旋转。

在一个实施例中，机器人助理还可以包括绕第二连接轴95布置的扭转弹簧96。扭转弹簧96具有两个自由端，分别抵靠可折叠座椅90和第二连接轴95。扭力弹簧96被预加载，使得当座椅90被折叠时产生的额外弹簧力可以抵消施加在座椅90上的力(例如，来自用户的推力)。在一个实施例中，弹簧座944被固定到第二连接轴95的远端，扭转弹簧96被布置在弹簧座944和垂直片9431之间。扭转弹簧96的腿961抵靠水平片9432，而另一腿962装配在限定在弹簧座944中的凹槽9441中，从而将扭转弹簧96固定。

在一个实施例中，机器人助理还可以包括弹性件，弹性件设置在第三连接件943和第二连接轴95之间。具体地，第三连接件943可以包括从水平片9432突出并远离竖直片9431延伸的突出部9433。在本实施例中，弹性件为一弹簧销945，其收容于弹簧座944的孔内。弹性件的上端抵靠于凸出部9433。弹性件向可折叠座椅90施加推力，从而在可折叠座椅90从折叠位置旋转至展开位置期间向可折叠座椅施加扭矩以补偿重力。

再次参考图20，在一个实施例中，座椅基座921可以限定两个腔室9211和9212。致动器80、第一连接件941和第二连接件942容纳在腔室9211中，第一连接轴93伸入腔室9211与旋转输出轴801连接。第三连接件943、弹簧座944、扭转弹簧96和弹性件97收容在腔室9212中，第二连接轴95伸入腔室9212中。

参考图24，在一个实施例中，座椅基座921可以在下侧限定存储空间9213，并且包括可旋转地连接到座椅基座921的门9214。门9214被配置为保持存储空间9213关闭。存储空间9213用于存储物品，例如药品、设备和食物。

再次参考图17，在一个实施例中，机器人助理还可以包括布置在轮式基座10内的光传感器78。例如，光传感器78可以布置在限定在轮式基座10中的通孔中。光传感器78电连接到控制系统50。控制系统50可以控制致动器80以响应于光传感器78在预设时间段内检测到用户的存在而将可折叠座椅90旋转到展开位置。例如，在光传感器78的视野(FOV)中检测到用户的腿存在三秒后，控制系统50控制致动器80将可折叠座椅90旋转到展开位置。光传感器78可以是红外(IR)传感器。应当注意，在其他实施例中，可以使用多个IR传感器以提供大范围的检测。

参考图25，在一个实施例中，一种用于控制机器人助理的方法可以包括以下步骤。

步骤S251：接收指示折叠座椅转动的指令。

控制系统50可以接收来自用户的命令，该命令可以是触摸输入命令、语音命令等。当满足某些条件时，处理器51可以接收命令。例如，处理器51可以在光传感器78的视野(FOV)中检测到用户的腿存在三秒之后接收命令。

步骤S252：根据指示可折叠座椅转动的指令，向执行器发送位置指令，使可折叠座椅转动到期望位置。

处理器51可分析指示可折叠座椅90旋转的指令并向致动器80发送位置指令。例如，如果指令指示可折叠座椅90旋转至展开位置，则处理器51可发送位置指令至致动器80将可折叠座椅90旋转到由指令指示的展开位置。在一个实施例中，致动器80可以是伺服电机，处理器51可以控制致动器80工作在位置模式。在位置模式下，处理器51需要不断地向致动器80发送位置指令，使得致动器80能够驱动可折叠座椅90旋转到并保持在期望的位置。当致动器80接收到位置指令时，致动器的输出轴将旋转到对应于位置指令的角位置，并且致动器80将试图将输出轴保持在该角位置，即使外力推它。

步骤S253：检测是否有外力作用于可折叠座椅。

在一实施例中，处理器51可根据致动器80的电流判断是否有外力作用于可折叠座椅90。在本实施例中，外力是指使用者对可折叠座椅施加扭矩的力。座椅90。例如，使用者可在某些情况下推动可折叠座椅90，从而对可折叠座椅90产生扭矩。在一实施例中，步骤S253可包括以下步骤。

步骤S2531：测量执行器的电流。

步骤S2532：响应于执行器的电流大于预设值并持续预设时间，确定可折叠座椅受到外力作用。

外力作用于可折叠座椅90所产生的扭矩与致动器80的电流成正比。处理器51可监测致动器80的电流，并在致动器80的电流大于预设值持续预设时间段(例如，2秒)时确定外力已施加到可折叠座椅。否则，处理器51判断没有外力作用于可折叠座椅90。当可折叠座椅受到外力作用时，流程进入步骤S254，当可折叠座椅没有受到外力作用时，流程进入步骤S255。

步骤S254：响应检测到外力释放致动器以允许可折叠座椅被手动转动。

如上所述，处于位置模式的致动器80将尝试将其输出轴保持在该角位置，即使外力推它。在确定可折叠座椅90受到外力作用后，处理器51可以发送信号以解除致动器80的位置控制，以允许输出轴由于施加在可折叠座椅90上的外力而旋转。结果，用户可手动将可折叠座椅90旋转至期望位置。

步骤S255：向执行器发送位置指令。

当可折叠座椅没有受到外力作用时，处理器51将位置指令发送至致动器80，以将可折叠座椅保持在期望位置。之后，流程返回步骤S253。

在一个实施例中，在步骤S254之后，该方法还可以包括以下步骤：测量致动器80的电流；确定可折叠座椅90的位置；响应于可折叠座椅90处于折叠位置或展开位置，对可折叠座椅90进行柔顺控制以补偿外力。柔顺的控制使可折叠座椅90能够对用户的手动操作做出柔和的反应。

图26示出了可折叠座椅90的示例性动态模型。该动态模型是单关节模型并且可以表示为：

其中，τ表示力矩，θ_l代表可折叠座椅90的角位置，m代表可折叠座椅90的质量，k_s代表扭转弹簧常数，F_ext代表用户施加于可折叠座椅90的外力，c代表可折叠座椅90绕其旋转的旋转中心，l代表从旋转中心到外力F_ext的垂直距离，J_l代表座椅90相对于旋转轴线的轴向惯性，β_l代表与速度成比例的阻尼系数。

在一个实施例中，动态模型的位置控制可以通过使用基于以下方程的PD控制器来实现：

其中，I表示致动器80的电流，θ_ld表示可折叠座椅90的期望角位置，θ_l表示可折叠座90的当前角位置，k_p表示比例增益，k_d表示微分增益，k_t表示扭矩常数。当外力施加到可折叠座椅90上时，其将顺应外力并对其作出柔和响应，这可以使用导纳控制来实现。具体地说，如图27的总体方案所示，可折叠座椅90的当前角位置θ_{l_0}被输入到导纳控制器中，导纳控制器输出角位置差，从而获得新的期望角位置θ_{l_d}，该角位置被输入到座椅位置控制模块中。然后，座椅位置控制模块基于新的期望角位置θ_{l_d}生成致动器80的扭矩τ_m，该扭矩被输入到可折叠座椅90的动态模型中。来自用户的外力F_ext被输入到导纳控制器中，该外力可以基于致动器80的测得电流使用与动态模型相关的上述等式来估计。可折叠座椅90的动态模型还向座椅位置控制模块输出可折叠座椅的实际角位置。

基于图26的动态模型和图27的导纳方案，在步骤S254之后，该方法可以进一步包括如图28所示的步骤。

步骤S281：测量致动器80的电流。

步骤S282：确定可折叠座椅90的位置。

处理器51可基于安装在致动器90上的旋转编码器的输出确定可折叠座椅90的位置，并通过跟踪致动器90的输出轴的角位置向处理器51提供反馈。如果可折叠座椅处于折叠或展开位置，则流程进入步骤S283。否则，流程返回到步骤S253。

步骤S283：导纳控制器根据输入的可折叠座椅90的当前角位置θ_{l_0}，向座椅位置控制模块输出新的期望角位置θ_{l_d}。在一个实施例中，当可折叠座椅90处于展开位置时，当前角度位置θ_{l_0}被设置为10度，而当可折叠座椅90处于折叠位置时，当前角度位置θ_{l_0}被设置为100度。

步骤S284：座椅位置控制模块产生致动器80的扭矩τ_m并将扭矩τ_m输出至座椅机构动力学。

步骤S285：将用户的外力F_ext输入导纳控制器。外力的方向效应是增加电机电流，进而产生高转矩，这个新转矩将由动态模型计算。导纳控制器将根据外力和动态模型计算和更新新的“期望”角位置。

与刚性控制相反，其中跟踪期望的位置命令并且与此类参考位置的任何偏差将被快速补偿，柔顺控制允许与此类参考位置的偏差。然而，柔顺控制使得可折叠座椅90即使在外力没有作用在可折叠座椅90上之后也最终旋转到期望位置。通过柔顺控制，机器人助理可以测量致动器的电流并调整致动器的扭矩，以补偿用户释放致动器时的外力。

需要说明的是，步骤S283～S285中体现的顺从控制只是一个示例，可以根据实际需要而变化。例如，机械阻尼系统可用于柔顺控制。

为了解释的目的，前面的描述已经参考具体实施例进行了描述。然而，上面的说明性讨论并非旨在穷尽或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明和各种实施例，并对其进行各种修改，以适合所设想的特定用途。

Claims (10)

1.一种机器人助理，其特征在于，包括：

轮式基座；

定位于该轮式基座的主体；

可旋转地连接到该主体的可折叠座椅；

致动器，其被配置为使该可折叠座椅相对于该主体旋转；

接收命令指令的控制系统，该致动器电连接于该控制系统；

其中，响应于所述命令指令，该控制系统被配置为控制该致动器将该可折叠座椅旋转至一折叠位置或一展开位置；

其中，该控制系统还被配置为检测是否有来自用户的外力作用于该可折叠座椅，以及释放该致动器以允许手动旋转该可折叠座椅。

2.如权利要求1所述的机器人助理，其特征在于，该可折叠式座椅包括中空的座体，该致动器设置在该座体内。

3.如权利要求1所述的机器人助理，其特征在于，进一步包括固定在该轮式基座上的两个支撑件和连接到所述两个支撑件之一的第一连接轴，其中，该致动器包括旋转输出轴，该第一连接轴同轴连接到该旋转输出轴。

4.如权利要求1所述的机器人助理，其特征在于，进一步包括固定在该轮式基座上的两个支撑件、连接到所述两个支撑件之一的第二连接轴和扭簧，其中，该可折叠座椅可相对于该第二连接轴旋转，该扭簧套在该第二连接轴，该扭簧包括分别抵靠该可折叠座椅和第二连接轴的两端。

5.如权利要求1所述的机器人助理，其特征在于，该可折叠座椅包括座体，该座体包括底座和座盖，该底座在下侧限定出储物空间，并包括与该底座可转动连接的门，该门被配置为保持该储物空间关闭。

6.如权利要求1所述的机器人助理，其特征在于，进一步包括布置在该轮式基座内的光传感器，其中，该光传感器电连接到该控制系统，该控制系统被配置为响应于该光传感器在预设时间段内检测到用户的存在而控制该致动器将该可折叠座椅旋转到该展开位置。

7.一种机器人助理，包括：

轮式基座；

可相对于该轮式基座旋转的可折叠座椅；

致动器，其被配置为使该可折叠座椅相对于该轮式基座旋转；

一个或多个处理器；

存储器；和

一个或多个程序，所述一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括：

接收指示该可折叠座椅旋转的命令的指令；

基于该指示可折叠座椅旋转的命令，向该致动器发送位置命令以将该可折叠座椅旋转到期望位置的指令；

检测该折叠座椅是否受到外力的指令；和

释放该致动器以允许该可折叠座椅响应于检测到外力而被手动旋转的指令。

8.如权利要求7所述的机器人助理，其特征在于，该检测该折叠座椅是否受到外力的指令包括：

测量该致动器电流的指令；和

用于响应于该致动器的电流在预设时间段内大于预设值而确定外力已施加到该可折叠座椅的指令。

9.一种用于控制机器人助理的方法，该方法包括：

提供轮式基座；

提供可相对于该轮式基座旋转的可折叠座椅；

提供致动器，该致动器被配置为使该可折叠座椅相对于该轮式基座旋转；

接收指示该可折叠座椅转动的命令；

根据该指示该可折叠座椅旋转的命令，向该致动器发送位置命令以将该可折叠座椅旋转到期望位置；

检测该折叠座椅是否受到外力；和

释放该致动器以允许该可折叠座椅响应于检测到外力而被手动旋转。

10.如权利要求9所述的用于控制机器人助理的方法，其特征在于，释放该致动器以允许该可折叠座椅响应于检测到外力而被手动旋转之后，还包括：

测量该致动器的电流；

确定该可折叠座椅的位置；和

响应于该可折叠座椅处于折叠位置或展开位置，对该可折叠座椅执行柔顺控制以补偿基于该致动器的电流确定的外力。

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