CN117301059A - 一种移动机器人遥操作系统、方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机器人遥操作技术领域的一种移动机器人遥操作系统、方法及存储介质，旨在提高移动机器人的控制效率和用户的使用体验。系统包括：移动主机及与所述移动主机信号连接的体感控制器和移动机器人；所述体感控制器用于在其自身识别范围内获得手势数据，并传输至所述移动主机；所述移动主机用于：根据接收到的手势数据，以及预先确定的手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系，确定所接收到的手势数据对应的移动指令，并传输至所述移动机器人；所述移动机器人被配置为根据接收到的移动指令进行移动。本发明通过构建映射关系简化切换控制命令，能够提高移动机器人的控制效率和用户的使用体验。

Description

一种移动机器人遥操作系统、方法及存储介质

技术领域

本发明涉及机器人遥操作技术领域，尤其涉及一种移动机器人遥操作系统、方法及存储介质。

背景技术

遥操作控制移动机器人是通过将先进的传感信息技术运用到移动机器人中，使用户能够通过无接触的方式控制移动机器人，从而实现远程对移动机器人的控制。现有技术中，使用者一般是通过特定的手势实现切换控制命令，且每个手势的差异较大，而操作者在做出不同特定的手势的过程中会产生停顿，也就造成了移动机器人运动的不连贯性，且存在手势不符合程序设定而造成失误操作的情况，降低了控制效率和用户的使用体验。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种移动机器人遥操作系统、方法及存储介质，通过构建映射关系简化切换控制命令，能够提高移动机器人的控制效率和用户的使用体验。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种移动机器人遥操作系统，包括移动主机及与所述移动主机信号连接的体感控制器和移动机器人；

所述体感控制器用于在其自身识别范围内获得手势数据，并传输至所述移动主机；

所述移动主机用于：根据接收到的手势数据，以及预先确定的手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系，确定所接收到的手势数据对应的移动指令，并传输至所述移动机器人；

所述移动机器人被配置为根据接收到的移动指令进行移动。

第二方面，本发明提供了上述移动机器人遥操作系统的移动机器人遥操作方法，由所述移动主机执行，包括：

接收体感控制器传输的手势数据；

根据接收到的手势数据，以及预先确定的手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系，确定所接收到的手势数据对应的移动指令；

将所述移动指令传输给所述移动机器人，使得所述移动机器人基于所述移动指令移动。

进一步地，所述手势数据包括手掌中心距离Y、手掌翻滚角度roll和手掌倾斜角度pitch，所述手掌中心距离Y为手掌中心和所述体感控制器在垂直方向上的距离。

进一步地，所述移动机器人的移动方式包括以不同方向和/或大小的线速度v和/或角速度ω移动；其中所述线速度v为负值时机器人后退，v为正值时机器人前进，所述角速度ω为负值时机器人右转，ω为正值时机器人左转。

进一步地，所述手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系包括：

所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v的映射关系；

所述手掌翻滚角度roll与所述移动机器人的角速度ω的映射关系。

进一步地，所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v的映射关系包括：

当Y<200mm时，线速度v=0m/s；

当200mm<Y<400mm时，线速度v=(Y-200)/400m/s；

当400mm<Y<600mm时，线速度v=0.5m/s。

进一步地，所述手掌翻滚角度roll与所述移动机器人的角速度ω的映射关系包括：

当手掌翻滚角度roll<-60°时，角速度ω=-1；

当-60°<roll<-20°时，ω=(roll+20)/40；

当-20°<roll<20°时，ω=0；

当20°<roll<60°时，ω=(roll-20)/40；

当roll>60°时，ω=1。

进一步地，所述手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系还包括：当手掌倾斜角度pitch<－5°时，所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v的映射关系包括：

当Y<200mm时，线速度v=0m/s；

当200mm<Y<400mm时，线速度v=－(Y-200)/400m/s；

当400mm<Y<600mm时，线速度v=－0.5m/s。

第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时上述任一项所述的移动机器人遥操作方法。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本申请根据手势识别算法在采集到的手势数据与移动机器人的移动方式之间创建映射关系，移动机器人又基于手势数据按照对应的映射关系移动；将相对复杂的切换控制命令简化，提高了移动机器人移动的连贯性，提高用户的使用体验和控制效率；

移动机器人的移动方式包括以不同方向和/或大小的线速度v和/或角速度ω移动，又线速度v为负值时机器人后退，v为正值时机器人前进；角速度ω为负值时机器人右转，ω为正值时机器人左转；从而使得移动人机器人能够根据映射关系在前进、后退、前进同时左转、前进同时右转、后退同时左转、后退同时右转、原地左转和原地右转中任意两个状态之间都可以做到随意切换，且保持连贯性，提高了用户的使用体验和控制效率。

本发明可以应用于自动轮椅领域，通过简化控制指令，使得一些手指或手掌灵活性不高的病人或老人能够通过本申请所提供的遥操作方法实现自主行动。

附图说明

图1为本发明实施例二提供的一种移动机器人遥操作方法的流程示意图。

图2为本发明实施例二提供的一种移动机器人遥操作方法的操作示意图。

实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符"/"，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

实施例

本发明实施例提供一种移动机器人遥操作系统，包括移动主机及与所述移动主机信号连接的体感控制器和移动机器人，移动主机可以选择为装有pycharm编译器的笔记本电脑，其中体感控制器和移动主机之间可以通过有线方式连接，也可以通过无线方式连接，优选为有线方式连接，

构建本申请所提供的移动机器人遥操作系统之前需要对移动机器人进行差分驱动运动学建模以及对手势识别算法进行改进，其中差速模型属于在机器人领域的常规应用，常见的有切线模型、割线模型和圆弧模型三种，本实施例采用切线模型，是ROS（RobotOperatingSystem）机器人操作系统中经常采用的运动模型。

所述体感控制器用于在其自身识别范围内获得手势数据，并传输至所述移动主机，通过在体感控制器的识别范围内挥动用户手掌获得手势数据，其中体感控制器可以选择为leapmotion传感器，LeapMotion体感控制器支持Windows7、Windows8以及MacOSX10.7及10.8系统，可以在PC及Mac上通过手势控制电脑；关于手势识别算法程序的设计与编写可以依托leapmotion传感器提供的SDK进行设计；

所述移动主机用于：根据接收到的手势数据，以及预先确定的手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系，本实施例中Leapmotion传感器以每秒200帧的频率将所获取的手势数据传递给电脑，其中每一帧中都包含手掌当前状态下的手势数据；确定所接收到的手势数据对应的移动指令，并传输至所述移动机器人；

所述移动机器人被配置为根据接收到的移动指令进行移动，其中主机和移动机器人之间优选为无线方式连接。

实施例

本发明实施例还提供了一种移动机器人遥操作方法，可以通过实施例一所述的移动机器人遥操作系统实现，具备执行方法相应的功能模块和有益效果：

图1是本发明实施例提供的一种移动机器人遥操作方法的流程示意图，图2为本发明实施例一提供的一种移动机器人遥操作方法的操作示意图。图1和图2仅仅示出了本实施例所述方法的逻辑顺序，在互不冲突的前提下，在本发明其它可能的实施例中，可以以不同于图1和图2所示的顺序完成所示出或描述的步骤。

本实施例提供的移动机器人遥操作方法可应用于终端，可以由移动机器人遥操作装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在终端中，例如：任一具备通信功能的智能手机，平板电脑或计算机设备。参见图1和图2，本实施例的方法具体包括如下步骤：

步骤一：接收体感控制器传输的手势数据；

所述手势数据包括手掌中心距离Y、手掌翻滚角度roll和手掌倾斜角度pitch，所述手掌中心距离Y为手掌中心和所述体感控制器在垂直方向上的距离；

步骤二：根据接收到的手势数据，以及预先确定的手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系，确定所接收到的手势数据对应的移动指令；

根据手势识别算法在所述手势数据与移动机器人的移动方式之间提前创建映射关系，本实施例所选择的移动机器人是WATER2移动机器人，所述移动机器人的移动方式包括以不同方向和/或大小的线速度v和/或角速度ω移动；其中所述线速度v为负值时机器人后退，v为正值时机器人前进，所述角速度ω为负值时机器人右转，ω为正值时机器人左转，即移动人机器人能够根据映射关系在前进、后退、前进同时左转、前进同时右转、后退同时左转、后退同时右转、原地左转和原地右转中任意两个状态之间都可以做到随意切换。

关于手势识别算法，属于现有成熟应用，本申请是在现有技术的基础上增加了新的映射关系，属于对算法的改进。

所述映射关系包括：

所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v的映射关系：其中，所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v之间的映射关系包括：

当Y<200mm时，线速度v=0m/s；

当200mm<Y<400mm时，线速度v=(Y-200)/400m/s；

当400mm<Y<600mm时，线速度v=0.5m/s。

例如，当200mm<Y<400mm时，线速度v=(Y-200)/400m/s，就是指手掌与leapmotion传感器之间的距离在200~400mm范围内时，移动机器人的线速度通过公式v=(Y-200)/400m/s计算，随手掌与传感器之间的距离变化而变化；

又当手掌倾斜角度pitch<－5°时，所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v之间的映射关系包括：

当Y<200mm时，线速度v=0m/s；

当200mm<Y<400mm时，线速度v=－(Y-200)/400m/s；

当400mm<Y<600mm时，线速度v=－0.5m/s。

当手掌倾斜角度pitch>-5°时，在手掌中心距离Y不变的情况下，在规定了运动的正方向：即线速度v为正值时的运动方向时，无论手掌是仰起、平放或微小的内扣，移动机器人均前进；当手掌倾斜角度pitch<－5°时，在手掌中心距离Y不变的情况下，在规定了运动的正方向：即线速度v为正值时的运动方向时，所述移动机器人的线速度v大小不变，方向相反，无论手掌是仰起、平放或微小的内扣，移动机器人均后退。

所述手掌翻滚角度roll与所述移动机器人的角速度ω的映射关系：所述手掌翻滚角度roll与所述移动机器人的角速度ω之间的映射关系包括：

当手掌翻滚角度roll<-60°时，角速度ω=-1；

当-60°<roll<-20°时，ω=(roll+20)/40；

当-20°<roll<20°时，ω=0；

当20°<roll<60°时，ω=(roll-20)/40；

当roll>60°时，ω=1。

例如：当-60°<roll<-20°时，ω=(roll+20)/40；就是指手掌向右翻滚的角度在-60°~-20°时，移动机器人右转，移动机器人的角速度随手掌的翻滚角度变化而变化，通过公式ω=(roll+20)/40计算。

步骤三：将所述移动指令传输给所述移动机器人，使得所述移动机器人基于所述移动指令移动。

主机每20ms向移动机器人发送一次命令，每次的命令均包括当前手势数据下对应的线速度和角速度，且每次命令能够持续0.5s且可被后面命令覆盖，保证了移动机器人运动的连贯性；当手掌或机械手掌不在程序设定的leapmotion命令范围内，则移动机器人停止运动，若手掌依旧在设定的命令范围内，则移动机器人一直按照手掌指示运动，直至手掌消失在设定的命令范围内为止。

角速度ω的识别范围是leapmotion自身的识别范围，即25~600mm左右，只要手掌被leapmotion识别到，就会根据算法判断是否需要转弯，而线速度是在设定的200~600mm范围内才会被识别，从而根据算法判断是否需要前进或后退，一定程度上避免了移动机器人在人的失误操作下走动。

本申请根据改进后的手势识别算法在采集到的手势数据与移动机器人的移动方式之间创建映射关系，移动机器人又基于手势数据按照对应的映射关系移动；将相对复杂的切换控制命令简化，提高了移动机器人移动的连贯性，提高用户的使用体验和控制效率。

实施例

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例二所述方法的步骤，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（装置）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种移动机器人遥操作系统，其特征在于，包括移动主机及与所述移动主机信号连接的体感控制器和移动机器人；

所述体感控制器用于在其自身识别范围内获得手势数据，并传输至所述移动主机；

所述移动主机用于：根据接收到的手势数据，以及预先确定的手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系，确定所接收到的手势数据对应的移动指令，并传输至所述移动机器人；

所述移动机器人被配置为根据接收到的移动指令进行移动。

2.一种权利要求1所述移动机器人遥操作系统的移动机器人遥操作方法，由所述移动主机执行，其特征在于，包括：

接收体感控制器传输的手势数据；

根据接收到的手势数据，以及预先确定的手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系，确定所接收到的手势数据对应的移动指令；

将所述移动指令传输给所述移动机器人，使得所述移动机器人基于所述移动指令移动。

3.根据权利要求2所述的移动机器人遥操作方法，其特征在于，所述手势数据包括手掌中心距离Y、手掌翻滚角度roll和手掌倾斜角度pitch，所述手掌中心距离Y为手掌中心和所述体感控制器在垂直方向上的距离。

4.根据权利要求3所述的移动机器人遥操作方法，其特征在于，所述移动机器人的移动方式包括以不同方向和/或大小的线速度v和/或角速度ω移动；其中所述线速度v为负值时机器人后退，v为正值时机器人前进，所述角速度ω为负值时机器人右转，ω为正值时机器人左转。

5.根据权利要求4述的移动机器人遥操作方法，其特征在于，所述手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系包括：

所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v的映射关系；

所述手掌翻滚角度roll与所述移动机器人的角速度ω的映射关系。

6.根据权利要求5所述的移动机器人遥操作方法，其特征在于，所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v的映射关系包括：

当Y<200mm时，线速度v=0m/s；

当200mm<Y<400mm时，线速度v=(Y-200)/400m/s；

当400mm<Y<600mm时，线速度v=0.5m/s。

7.根据权利要求5所述的移动机器人遥操作方法，其特征在于，所述手掌翻滚角度roll与所述移动机器人的角速度ω的映射关系包括：

当手掌翻滚角度roll<-60°时，角速度ω=-1；

当-60°<roll<-20°时，ω=(roll+20)/40；

当-20°<roll<20°时，ω=0；

当20°<roll<60°时，ω=(roll-20)/40；

当roll>60°时，ω=1。

8.根据权利要求5所述的移动机器人遥操作方法，其特征在于，所述手势数据与所述移动机器人的移动方式之间对应的映射关系还包括：当手掌倾斜角度pitch<－5°时，所述手掌中心距离Y与所述移动机器人的线速度v的映射关系包括：

当Y<200mm时，线速度v=0m/s；

当200mm<Y<400mm时，线速度v=－(Y-200)/400m/s；

当400mm<Y<600mm时，线速度v=－0.5m/s。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求2～8任一项所述的移动机器人遥操作方法。