CN103226924A - 一种导览解说服务机器人***及其导览解说方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导览解说服务机器人***及其导览解说方法，***包括机器人本体、示教模块、任务编辑模块、导览模块、监控模块以及定位和位姿校正模块；机器人本体直接和人进行交互完成导览任务；示教模块完成导览路线关键位置的采集；任务编辑模块根据导览任务，使用机器人脚本语言编写脚本文件来描述导览任务；导览模块解析导览任务并执行，完成指定的任务；本发明的***，能够由只具备电脑操作知识的人员根据导览的任务要求对机器人进行示教，任务编辑，并控制机器人完成导览任务。同时***提供简便的方式让用户自定义机器人的导览功能，达到了降低导览服务机器人的开发难度和用户的使用难度，进一步推动了服务机器人在社会生活中的普及。

Description

一种导览解说服务机器人***及其导览解说方法

技术领域

本发明涉及机器人***的技术领域，特别涉及一种导览解说服务机器人***及其导览解说方法。

背景技术

在博物馆、科技馆、展厅、博览会以及会展中心等场合，都是由解说员对展品进行人工解说和介绍，在参观者较多或者解说员不够的情况下，往往不能提供良好的服务。而解说是重复性的工作，如果有低成本实用的导览解说机器人，可以降低解说员的工作压力并提高参观者的兴趣。

在当前的导览或者导游机器人中，存在机器人自主导航难的问题。目前机器人的导航问题，已经实用的最常见方法是带有引导线的导航方式，如电磁埋线导航或者是光反射导航，但这类导航方式，要求在地上或者天花板上安装引导线，***的布置和维护比较麻烦。而基于同步定位和建地图的方式，对机器人的配置要求较高并且开发难度大，导致机器人的成本较高。

导览解说的内容往往会根据需要进行更改，现有的导览解说***，修改导览路线和讲解内容往往需要专业的机器人开发人员进行开发维护，不利于用户随时按需求更改讲解内容。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种导览解说服务机器人***。

本发明的另一目的在于，提供一种上述导览解说机器人服务***的实现方法。

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的导览解说服务机器人***，包括机器人本体、示教模块、任务编辑模块、导览模块、监控模块以及定位和位姿校正模块；

所述机器人本体，用于和人进行交互，带领人进行参观并解说；

所述示教模块，用于采集机器人本体完成导览任务所需要经过的关键点；

所述任务编辑模块，用于生成导览任务文件；

所述导览模块，用于解析导览任务文件并执行，完成指定的任务；

所述监控模块，由远程监控终端和无线通讯模块组成，远程监控终端运行在台式电脑、便携式电脑或者智能手机上；

所述定位和位姿校正模块，在机器人本体移动过程中推算机器人当前的位姿，并在移动累计误差达到一定程度时，进入校正区域时校正机器人本体的位姿。

优选的，所述机器人本体包括：移动模块、肢体动作模块、语言模块、传感模块、以及无线通讯模块；

所述移动模块使机器人本体自主从出发坐标移动到目标坐标；

所述肢体动作模块包含一个或一个以上的关节，用于完成肢体动作；

所述语音模块包括语音输入模块，语音识别模块和语音输出模块，语音输入模块使用麦克风采集环境的音频信号；语音识别模块将人的说话内容转化为文本；语音输出模块将音频通过音箱进行播放；

所述传感模块，包括用于人体检测的传感器、航迹推算的传感器、障碍物检测的传感器，以及声音和图像采集模块；

所述无线通讯模块，用于实现机器人本体和远程监控终端的通讯。

优选的，所述示教模块包括在线示教模块和离线示教模块，

所述在线示教模块，通过遥控操作或者是推着机器人本体移动到导览路线上的关键位姿；记录下当前的位姿值，并保存所有位姿点；

所述离线示教模块，通过创建导览环境的地图，从地图上选取导览路线上的关键位置的坐标以及编辑该坐标下机器人本体的航向角并保存所有位姿点；

所述导览环境的地图为电子地图，通过鼠标获取地图上某个点在实际环境中的坐标；所述导览路线上的关键位姿为需要进行讲解的位置坐标和航向角或者是为了控制导览路线的过程坐标和移动方向。

优选的，所述任务编辑模块包括：

位姿选择模块，从示教模块采集回来的位姿中，选择所需的位姿；

位姿排序模块，按照路线达到的先后次序进行排序生成位姿序列；

位姿编辑模块，对所选位姿进行修改和特征编辑；

指令编辑模块，根据位姿序列生成移动脚本语言，控制机器人本体的移动路线，用机器人脚本指令描述机器人本体在每一个位姿上的行为，生成和保存导览文件任务。

优选的，所述监控模块由远程监控终端和无线通讯模块组成，远程监控终端和机器人本体通过无线网络连接，在远程监控终端通过发送脚本指令控制机器人本体行为，对机器人本体进行操作，控制机器人本体的动作、表情、展示内容和说话内容；同时查看机器人本体当前所处的状态、机器人本体摄像头采集到的图像、麦克风采集到的音频、以及避障传感器状态，一个远程监控终端可同时监控多个机器人本体。

优选的，所述定位和位姿校正模块通过电子罗盘和码盘推算机器人本体的位姿；或者通过外部传感设备构建一个校正区域，当机器人本体进入校正区域时校正机器人本体的航向角和坐标，其具体为：已知该校正区域在机器人本体导航坐标系中的位姿，在该区域内安装传感器获取机器人本体在校正区域内的相对位姿，并最终转换为机器人本体自身在导航坐标系中的位姿。

为了达到上述第二目的，本发明的采用以下技术方案：

本发明基于上述导览解说服务机器人***的导览解说方法，包括下述步骤：

S1、根据导览任务的要求，确定导览路线；

S2、通过示教模块，进行在线示教或者是离线示教，采集导览路线上关键的位置；

S3、在任务编辑模块中利用机器人脚本语言描述机器人在导览过程中经过的关键位置，并设定在到达关键位置或去往关键位置过程中的动作，并将所述的脚本语言保存为任务文件；

S4、选择所需的任务文件，由导览模块对任务文件进行解析，机器人本体按导览文件要求的行为，依次到达关键位置并完成指定的行为，在导览过程中和导览完成回到出发点时，机器人本体通过定位和位姿校正模块校正机器人本体的位姿。

优选的，步骤S2中，在线示教的步骤为：

S211、通过遥控操作或者是推着机器人本体移动到导览路线上的关键位姿，机器人本体在移动过程中推算出位姿；

S212、通过外部信号的方式通知机器人本体记录当前的位姿值，示教模块记录当前的位姿；

S213、重复步骤S212，直到所有的位姿点都记录完毕；

S214、将所有的位姿点保存为位姿文件；

所述离线示教的步骤为：

S221、创建导览环境的地图，绘制导览环境的平面图纸或者是绘制分辨率满足机器人本体导览精度的图片；

S222、用鼠标在地图上取坐标点，并设置在该坐标点上机器人本体的航向角，记录当前的位姿；

S223、重复步骤S222，直到所有的位姿点都记录完毕；

S224、将所有的位姿点保存为位姿文件。

优选的，步骤S3中，任务编辑的步骤为：

S31、导入位姿文件，并对位姿按导览路线进行排序，生成位姿序列；

S32、根据需要对位姿进行编辑，并设置位姿点的特征；

S33、由***根据位姿序列和位姿特征自动生成脚本语言；

S34、指令编辑，生成导览讲解所需要的动作指令；

S35、将所有指令保存为导览任务文件。

优选的，步骤S4中，导览的步骤为：

S411、选择需要的导览任务文件；

S412、由脚本语言解析模块对导览任务进行解析，并通过行为执行模块去完成指令对应的行为，一直执行完导览任务；

所述定位和位姿校正的步骤为：

S421、根据导览环境和机器人本体导航误差的累积程度，确定位姿校正区域的个数以及安放的位置，并设定校正区域在导览环境中的相对位姿；

S422、机器人本体在移动过程中实时推算自身的位姿，当进入校正区域时，获取机器人本体在校正区域的位姿，通过校正区域在导览环境中的位姿换算出机器人本体在导览环境中的位姿，并将机器人本体当前的位姿修改为经过校正区域换算后的位姿。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的导览解说服务机器人***，能够由只具备电脑操作知识的人员根据导览的任务要求对机器人进行示教，任务编辑，并控制机器人完成导览任务，同时，本导览服务机器人***提供简便的方式让用户自定义机器人的导览功能，达到了降低导览服务机器人的开发难度和用户的使用难度，进一步推动了服务机器人在社会生活中的普及。

2、本发明的导览解说服务机器人***可以由操作人员根据导览需要设定导览路线和解说内容，结合示教、定位和位姿校正实现无需铺设引导线实现自主导航，而相对于同步定位和建地图的方式，成本更低。

3、本发明具有低成本以及使用方便等特点，能够广泛应用在博物馆、科技馆、展厅、博览会以及会展中心等场合。

附图说明

图1是本发明导览解说服务机器人***的结构框图；

图2是本发明导览解说服务机器人***的工作流程图；

图3是本发明导览解说方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例导览解说服务机器人***，包括机器人本体、示教模块、任务编辑模块、导览模块、监控模块以及定位和位姿校正模块。

所述机器人本体，用于和人进行交互，带领人进行参观并解说。

所述示教模块，用于采集机器人完成导览任务所需要经过的关键点。

所述任务编辑模块，用于生成导览任务文件。

所述导览模块，用于解析导览任务文件并执行，完成指定的任务。

所述监控模块，由远程监控终端和无线通讯模块组成，监控终端运行在台式电脑、便携式电脑或者智能手机上。

所述定位和位姿校正模块，在机器人本体移动过程中能够推算出机器人当前的位姿，并在移动累计误差达到一定程度时，进入校正区域时校正机器人的位姿，所述位姿包含机器人本体的航向角以及坐标。

所述机器人本体包括：移动模块、肢体动作模块、语言模块、传感模块、以及无线通讯模块，其各部分的具体描述如下：

所述移动模块使机器人本体自主从出发坐标移动到目标坐标。

所述的肢体动作模块包含一个或一个以上的关节，用于完成肢体动作，如配合讲解内容做指向性的动作。

所述的语音模块包括语音输入，语音识别和语音输出，语音输入模块使用麦克风采集环境的音频信号；语音识别将人的说话内容转化为文本；语音输出将音频通过音箱进行播放。

所述传感模块，包括用于人体检测的传感器，航迹推算的传感器，障碍物检测的传感器，声音和图像采集模块。

所述无线通讯模块，用于实现机器人本体和远程监控终端的通讯。

所述示教模块包括在线示教模块和离线示教模块：

所述在线示教模块，通过遥控操作或者是推着机器人本体移动到导览路线上的关键位姿；记录下当前的位姿值，并保存所有位姿等部分；

所述离线示教模块，通过创建导览环境的地图，从地图上选取导览路线上的关键位置的坐标以及编辑该坐标下机器人本体的航向角并保存所有位姿点等部分。

所述导览环境的地图为电子地图，通过鼠标获取地图上某个点在实际环境中的坐标；所述导览路线上的关键位姿为需要进行讲解的位置坐标和航向角或者是为了控制导览路线的过程坐标和移动方向。

所述任务编辑模块包括：

位姿选择模块，从示教模块采集回来的位姿中，选择所需的位姿；

位姿排序模块，按照路线达到的先后次序进行排序生成位姿序列；

位姿编辑模块，对所选位姿进行修改和特征编辑；

指令编辑模块，根据位姿序列生成移动脚本语言，控制机器人本体的移动路线，根据位姿序列生成移动脚本语言，控制机器人本体的移动路线，用机器人脚本指令描述机器人本体在每一个位姿上的行为，生成和保存导览文件任务。

导览文件由一个或者超过一个脚本文件组成导览任务文件，用于描述复杂的导览任务。脚本文件由一条或者多条脚本指令组成，脚本文件可以作为函数被脚本指令重复使用；

所述脚本指令包含指令名和参数两部分，按用途可划分为移动指令、肢体指令、表情指令、语音指令和***指令等。

所述的导览模块解析导览任务文件并执行，并控制机器人本体完成指定的任务，导览模块包含脚本语言解析模块和行为执行模块。

所述监控模块由远程监控终端和无线通讯模块组成，监控终端和机器人本体通过无线网络连接，在监控终端通过发送脚本指令控制机器人行为，能对机器人进行操作，控制机器人本体的动作，表情、展示内容和说话内容；能查看机器人本体当前所处的状态，机器人本体摄像头采集到的图像，麦克风采集到的音频，避障传感器状态等，在必要时对机器人本体的引导和管理。一个监控终端可以同时监控多个机器人本体。所述监控终端可以运行在台式电脑，便携式电脑以及智能手机上。监控终端具有自动报警功能，当监控的状态符合报警要求时，如碰上障碍物、电量不足等，监控终端会通过声音和屏幕进行报警。

所述定位和位姿校正模块通过电子罗盘和码盘推算机器人本体的位姿；或者通过外部传感设备构建一个校正区域，当机器人本体进入校正区域时校正机器人本体的航向角和坐标，其具体为：已知该校正区域在机器人本体导航坐标系中的位姿，在该区域内安装传感器获取机器人本体在校正区域内的相对位姿，并最终转换为机器人本体自身在导航坐标系中的位姿。可以根据需要移动校正区域的位置；校正区域的个数由导览区域的范围以及机器人本体航迹推算的误差累计程度综合决定。

如图2所示，导览解说机器人***的工作过程分为管理维护阶段和导览服务阶段。管理维护阶段和导览服务阶段的工作人员只需要具有基本的电脑操作知识即可。在管理维护阶段，工作人员的主要任务就是设计导览路线和讲解任务，然后通过示教模块和任务编辑模块设定导览路线和讲解任务。

如图3所示，本实施例导览解机器人***的导览解说方法如下所示：

（1）、根据导览任务的要求，确定导览路线；

（2）在示教阶段，工作人员可以在线示教方式或者是离线示教方式获取位置的坐标。

（3）如果采用在线示教方式，工作人员选择一个位置作为机器人本体每次工作的出发点，然后通过遥控操作或者是推着机器人本体到导览路线上的关键位置，记录下当前位置点的坐标值。然后再控制机器人本体到下一个导览路线上的关键位置，重复直到记录完所有的位置。可以一次性采集完所有讲解任务的位置，在后续任务编辑中根据导览路线从已采集的位置所有点中选择需要的点来编辑路线。将所有采集的点以位置文件的格式保存，内容包括每一个位置点的坐标以及机器人本体的航向角。

（4）如果采用离线示教方式则首先需要建立导览环境的地图。通过导览环境的平面图的图片或者是CAD工程图，在地图上用鼠标采集响应点的坐标并保存。最后将所有采集的点以位置文件的格式保存，内容包括每一个位置点的坐标以及机器人本体的航向角。

（5）在任务编辑阶段。将位置文件导入到任务编辑程序，工作人员首先按导览路线选择需要的位置。设置到达该位置点时机器人本体的移动速度以及用机器人脚本语言描述机器人本体在到达这个位置时以及离开这个位置时需要完成的任务。任务通过脚本指令来描述，脚本指令按用途划分分为移动指令、肢体指令、表情指令、语音指令和***指令等。对每一个位置都编辑完成之后，则保存生成导览任务文件。机器人本体上可以同时保存多个导览任务文件，给工作人员按导览需求进行选择。

（6）在导览服务阶段，将机器人本体移动到出发位置，选择需要的导览任务文件。机器人本体会根据导览任务文件自主完成导览任务。在导览过程中，如果检测到前进方向有障碍物，机器人本体会停止移动并进行语音提示，同时会向远程监控终端发送通知，提醒工作人员协助处理。

（7）在机器人本体完成导览过程和导览任务后回到出发位置，通过定位和位姿校正模块对机器人本体的位姿进行校正

（8）在机器人本体导览和校正过程中，工作人员可以通过远程监控终端对机器人本体进行监控。监控终端运行在便携式电脑或者是台式机上。监控终端和机器人本体在同一个局域网内通过无线网络连接，使用TCP（UDP）/IP协议进行通讯。工作人员在监控终端可以通过发送脚本指令控制机器人行为，能对机器人进行操作控制机器人本体的动作，表情，展示内容和说话内容；能查看机器人本体当前所处的状态，机器人本体摄像头采集到的图像，麦克风采集到的音频，避障传感器状态等，在必要时对机器人本体的引导和管理。一个监控终端可以同时监控多个机器人本体。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导览解说服务机器人***，其特征在于，包括机器人本体、示教模块、任务编辑模块、导览模块、监控模块以及定位和位姿校正模块；

所述机器人本体，用于和人进行交互，带领人进行参观并解说；

所述示教模块，用于采集机器人本体完成导览任务所需要经过的关键点；

所述任务编辑模块，用于生成导览任务文件；

所述导览模块，用于解析导览任务文件并执行，完成指定的任务；

所述监控模块，由远程监控终端和无线通讯模块组成，远程监控终端运行在台式电脑、便携式电脑或者智能手机上；

所述定位和位姿校正模块，在机器人本体移动过程中推算机器人当前的位姿，并在移动累计误差达到一定程度时，进入校正区域时校正机器人本体的位姿。

2.根据权利要求1所述的导览解说服务机器人***，其特征在于，所述机器人本体包括：移动模块、肢体动作模块、语言模块、传感模块、以及无线通讯模块；

所述移动模块使机器人本体自主从出发坐标移动到目标坐标；

所述肢体动作模块包含一个或一个以上的关节，用于完成肢体动作；

所述语音模块包括语音输入模块，语音识别模块和语音输出模块，语音输入模块使用麦克风采集环境的音频信号；语音识别模块将人的说话内容转化为文本；语音输出模块将音频通过音箱进行播放；

所述传感模块，包括用于人体检测的传感器、航迹推算的传感器、障碍物检测的传感器，以及声音和图像采集模块；

所述无线通讯模块，用于实现机器人本体和远程监控终端的通讯。

3.根据权利要求1所述的导览解说服务机器人***，其特征在于，所述示教模块包括在线示教模块和离线示教模块，

所述在线示教模块，通过遥控操作或者是推着机器人本体移动到导览路线上的关键位姿；记录下当前的位姿值，并保存所有位姿点；

所述离线示教模块，通过创建导览环境的地图，从地图上选取导览路线上的关键位置的坐标以及编辑该坐标下机器人本体的航向角并保存所有位姿点；

所述导览环境的地图为电子地图，通过鼠标获取地图上某个点在实际环境中的坐标；所述导览路线上的关键位姿为需要进行讲解的位置坐标和航向角或者是为了控制导览路线的过程坐标和移动方向。

4.根据权利要求1所述的导览解说服务机器人***，其特征在于，所述任务编辑模块包括：

位姿选择模块，从示教模块采集回来的位姿中，选择所需的位姿；

位姿排序模块，按照路线达到的先后次序进行排序生成位姿序列；

位姿编辑模块，对所选位姿进行修改和特征编辑；

指令编辑模块，根据位姿序列生成移动脚本语言，控制机器人本体的移动路线，用机器人脚本指令描述机器人本体在每一个位姿上的行为，生成和保存导览文件任务。

5.根据权利要求1所述的导览解说服务机器人***，其特征在于，所述监控模块由远程监控终端和无线通讯模块组成，远程监控终端和机器人本体通过无线网络连接，在远程监控终端通过发送脚本指令控制机器人行为，对机器人本体进行操作，控制机器人本体的动作、表情、展示内容和说话内容；同时查看机器人本体当前所处的状态、机器人本体摄像头采集到的图像、麦克风采集到的音频、以及避障传感器状态，一个远程监控终端可同时监控多个机器人本体。

6.根据权利要求1所述的导览解说服务机器人***，其特征在于，所述定位和位姿校正模块通过电子罗盘和码盘推算机器人本体的位姿；或者通过外部传感设备构建一个校正区域，当机器人本体进入校正区域时校正机器人本体的航向角和坐标，其具体为：已知该校正区域在机器人本体导航坐标系中的位姿，在该区域内安装传感器获取机器人本体在校正区域内的相对位姿，并最终转换为机器人本体自身在导航坐标系中的位姿。

7.基于权利要求1-6中任一项所述的导览解说服务机器人***的导览解说方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、根据导览任务的要求，确定导览路线；

S2、通过示教模块，进行在线示教或者是离线示教，采集导览路线上关键的位置；

S3、在任务编辑模块中利用机器人脚本语言描述机器人本体在导览过程中经过的关键位置，并设定在到达关键位置或去往关键位置过程中的动作，并将所述的脚本语言保存为任务文件；

S4、选择所需的任务文件，由导览模块对任务文件进行解析，机器人本体按导览文件要求的行为，依次到达关键位置并完成指定的行为，在导览过程中和导览完成回到出发点时，机器人本体通过定位和位姿校正模块校正机器人本体的位姿。

8.根据权利要求7所述的导览解说方法，其特征在于，步骤S2中，在线示教的步骤为：

S211、通过遥控操作或者是推着机器人本体移动到导览路线上的关键位姿，机器人本体在移动过程中推算出位姿；

S212、通过外部信号的方式通知机器人本体记录当前的位姿值，示教模块记录当前的位姿；

S213、重复步骤S212，直到所有的位姿点都记录完毕；

S214、将所有的位姿点保存为位姿文件；

所述离线示教的步骤为：

S221、创建导览环境的地图，绘制导览环境的平面图纸或者是绘制分辨率满足机器人本体导览精度的图片；

S222、用鼠标在地图上取坐标点，并设置在该坐标点上机器人本体的航向角，记录当前的位姿；

S223、重复步骤S222，直到所有的位姿点都记录完毕；

S224、将所有的位姿点保存为位姿文件。

9.根据权利要求7所述的导览解说方法，其特征在于，步骤S3中，任务编辑的步骤为：

S31、导入位姿文件，并对位姿按导览路线进行排序，生成位姿序列；

S32、根据需要对位姿进行编辑，并设置位姿点的特征；

S33、由***根据位姿序列和位姿特征自动生成脚本语言；

S34、指令编辑，生成导览讲解所需要的动作指令；

S35、将所有指令保存为导览任务文件。

10.根据权利要求7所述的导览解说方法，其特征在于，步骤S4中，导览的步骤为：

S411、选择需要的导览任务文件；

S412、由脚本语言解析模块对导览任务进行解析，并通过行为执行模块去完成指令对应的行为，一直执行完导览任务；

所述定位和位姿校正的步骤为：

S421、根据导览环境和机器人本体导航误差的累积程度，确定位姿校正区域的个数以及安放的位置，并设定校正区域在导览环境中的相对位姿；

S422、机器人本体在移动过程中实时推算自身的位姿，当进入校正区域时，获取机器人本体在校正区域的位姿，通过校正区域在导览环境中的位姿换算出机器人本体在导览环境中的位姿，并将机器人本体当前的位姿修改为经过校正区域换算后的位姿。

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