CN105690391A - 一种服务机器人及其控制方法 - Google Patents

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汪泽涛
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Abstract

本发明公开了一种服务机器人及其控制方法，该机器人包括：从上至下依次排布的头部组件、手臂组件、腰部组件、底盘及行走组件；头部组件包括：头部单元及头部控制单元；手臂组件包括：手臂单元及手臂控制单元；腰部组件包括：腰部单元及腰部控制单元；底盘用于支撑头部组件、手臂组件以及腰部组件；行走组件包括：行走单元以及行走控制单元。该方法包括：控制行走单元沿着预设轨道行进到预设位置，并在遇到人或到达预设位置时，控制头部单元进行点头；控制腰部单元进行左右旋转；控制头部单元进行摇头；控制手臂单元水平下放和提升。本发明的服务机器人及其控制方法，成本低，非常的智能化，且服务机器人行走稳定，提升了用户体验。

Description

一种服务机器人及其控制方法
技术领域
本发明涉及服务机器人领域，特别涉及一种服务机器人及其工作方法。
背景技术
机器人有很多种形式，可以从多个角度给机器人分类：第一代机器人主要是指只能以“示教-再现”方式从事工作的工业机器人。示教内容包括机器人操作机构的运行轨迹、作业条件、作业顺序等。示教方式是操作员“手把手”地直接做，或是通过操作台演示一遍工作过程，机器人即可一模一样的不断循环学来的操作。目前国际上商品化、实用化的机器人商品都属于这一类。第二类机器人属于智能机器人。它具有感知环境的能力，它配备多种传感器，通过它们了解工作环境，通过复杂的逻辑思维，判断决策，在工作环境中独立完成操作。第三代机器人是未来机器人，未来机器人集合可以代替人类的所有行为，甚至研发新产品，开拓新的应用领域等。
服务机器人还应定义为第一代机器人，它是一种移动式的机器人，具有一定的学习能力，同时借助一部分传感器识别工作环境，具有一定的独立工作能力。它主要用于餐厅或家政服务，可以用来完成迎宾、引导客人、点餐、厅内送餐等服务项目。
如在餐厅中，服务机器人的设计面临三方面问题需要解决：如何引导服务机器人到达指定站点、如何让服务机器人行走指定路线、如何使服务机器人平稳取走和平稳放下。
因此，急需提供一种成本低、智能服务的服务机器人。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种服务机器人及其工作方法，其成本低，非常的智能化，且服务机器人行走稳定，提升了用户体验。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种服务机器人，其包括：从上至下依次排布的头部组件、手臂组件、腰部组件、底盘及行走组件；其中，
所述头部组件包括：头部单元以及头部控制单元，所述头部控制单元用于控制所述头部单元摇头、点头；
所述手臂组件包括：手臂单元以及手臂控制单元，所述手臂控制单元用于控制所述手臂单元水平的提升和下放；
所述腰部组件包括：腰部单元以及腰部控制单元，所述腰部控制单元用于根据服务对象方向控制所述腰部单元进行左右旋转；
所述底盘用于支撑所述头部组件、手臂组件以及腰部组件；
所述行走组件包括：行走单元以及行走控制单元，所述行走控制单元用于控制所述行走单元沿着预设轨道行进到预设的位置。
较佳地，所述头部控制单元具体包括：限位开关、左右运动最大距离设定单元、后限位开关以及前限位开关；
所述限位开关设置于所述头部单元面向正前方时的中心位置，所述限位开关的位置为原点位置；
所述左右运动最大距离设定单元用于设定从原点位置向左或向右运动的最大距离；
所述后限位开关设置于所述头部单元向后运动的停止位置处；
所述前限位开关设置于所述头部单元向前运动的停止位置处；
所述限位开关与所述左右运动最大距离设定单元用于实现所述头部单元的摇头；
所述后限位开关与所述前限位开关用于实现所述头部单元的点头。
较佳地，所述手臂控制单元具体包括：上限位开关以及向下运动距离设定单元；
所述上限位开关设置于预设的所述手臂单元向上运动的停止位置；
所述向下运动距离设定单元用于设定所述手臂单元从上限为开关的位置向下运动的距离。
较佳地，所述腰部控制单元具体包括：左限位开关、右限位开关；
所述左限位开关设置于所述腰部单元从正前方向左转动的最大位置；
所述右限位开关设置于所述腰部单元从正前方向右转动的最大位置。
较佳地，所述行走控制单元具体包括：定位单元以及站点识别单元；
所述定位单元包括：两个磁导航传感器以及磁条轨道，两个所述磁导航传感器分别设置于所述底盘的底部的前端和后端，所述底盘沿所述磁条轨道运动，位于前端的所述磁导航传感器用于采集所述底盘的前端偏离所述磁条轨道的距离，位于后端的所述磁导航传感器用于采集所述底盘的后端偏离所述磁条轨道的距离，根据两个所述磁导航传感器采集到的距离使所述磁盘沿着磁条轨道运行；
所述站点识别单元用于识别站点卡，使所述行走单元停在预设的站点卡对应的位置。
本发明还提供一种服务机器人的控制方法，其包括以下步骤：
S11：控制行走单元沿着预设轨道行进到预设位置，并在遇到人或到达预设位置时，控制头部单元进行点头；
S12：控制腰部单元进行左右旋转，以使服务机器人转到服务对象所在的方向；
S13：控制头部单元进行摇头，以使头部单元面向服务对象；
S14：控制手臂单元水平下放，等待一段时间后，控制手臂单元水平提升。较佳地，所述步骤S11具体为：通过设置在底盘的底部的前端和后端的两个磁导航传感器采集到的所述底盘偏离磁条轨道的距离来联合控制所述行走单元进行位姿校正，进而控制所述服务机器人沿所述磁条轨道行进；且通过设置在所述底盘的底部的站点识别单元控制所述服务机器人运动到站点卡对应的位置，同时在行进过程中，通过设置在服务机器人上的红外人体探测传感器探测是否有人，当探测到有人时，控制头部单元进行点头，以向人表示友好，提升用户体验。
较佳地，所述步骤S12具体为：根据服务对象方向，控制腰部单元向左或向右运动到左限位开关或右限位开关的位置。
较佳地，所述步骤S13具体为：通过设置在中心位置处的限位开关以及设定的左右运动的最大距离，控制头部单元向左或向右运动，以使头部单元面向服务对象。
较佳地，所述步骤S14具体为：控制手臂单元向下运动到向下运动距离设定单元设定的向下运动的距离对应的位置，等待一段时间后，抬起所述手臂单元，使所述手臂单元向上运动到上限位开关对应的位置。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的服务机器人及其控制方法，通过服务机器人的头部、手臂、腰部及行走等各关节的控制，能够使服务机器人很好的进行服务，提升了用户的体验；
(2)本发明的各关节的控制为并行调用控制，在此基础上可以很方便的拓展其他功能而不影响整体控制，具有较强的通用性及拓展性；
(3)本发明采用限位开关和软件设定运动距离，通过硬件限位和软件限位相结合的方法很好的实现了服务机器人的运动控制，成本低。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1为本发明的服务机器人的结构示意图；
图2为本发明的服务机器人的控制方法的流程图。
标号说明：1-头部组件，2-手臂组件，3-腰部组件，4-底盘，5-行走组件；
11-头部单元，12-头部控制单元；
21-手臂单元，22-手臂控制单元；
31-腰部单元，32-腰部控制单元；
51-行走单元，52-行走控制单元。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
结合图1，本实施例对本发明的服务机器人进行详细描述，其结构示意图如图1所示，其包括：从上至下依次排布的头部组件1、手臂组件2、腰部组件3、底盘4及行走组件5；其中，头部组件1包括：头部单元11以及头部控制单元12，头部控制单元12用于控制头部单元11摇头、点头；手臂组件2包括：手臂单元21以及手臂控制单元22，手臂控制单元22用于控制手臂单元21水平的提升和下放；腰部组件3包括：腰部单元31以及腰部控制单元32，腰部控制单元32用于根据服务对象方向控制腰部单元31进行左右旋转；底盘4用于支撑头部组件1、手臂组件2以及腰部组件3；行走组件5包括：行走单元51以及行走控制单元52，行走控制单元52用于控制行走单元51沿着预设轨道行进到预设的位置。
本实施例中，头部控制单元具体包括：：第一限位开关、左右运动最大距离设定单元、第二限位开关以及第三限位开关；第一限位开关与左右运动最大距离设定单元用于实现头部单元的摇头；第二限位开关与第三限位开关用于实现头部单元的点头。第一限位开关设置于头部单元面向正前方时的中心位置，限位开关的位置为原点位置；左右运动最大距离设定单元用于设定从原点位置向左或向右运动的最大距离；第二限位开关设置于头部单元向后运动的停止位置处；第三限位开关设置于头部单元向前运动的停止位置处。
手臂控制单元具体包括：上限位开关以及向下运动距离设定单元；上限位开关设置于预设的手臂单元向上运动的停止位置；向下运动距离设定单元用于设定手臂单元从上限为开关的位置向下运动的距离。
腰部控制单元具体包括：左限位开关、右限位开关；左限位开关设置于腰部单元从正前方向左转动的最大位置；右限位开关设置于腰部单元从正前方向右转动的最大位置。
行走控制单元具体包括：定位单元以及站点识别单元；定位单元包括：两个磁导航传感器以及磁条轨道，两个磁导航传感器分别设置于底盘的底部的前端和后端，底盘沿磁条轨道运动，位于前端的磁导航传感器用于采集底盘的前端偏离磁条轨道的距离，位于后端的磁导航传感器用于采集底盘的后端偏离磁条轨道的距离，根据两个磁导航传感器采集到的距离使磁盘沿着磁条轨道运行；站点识别单元用于识别站点卡，使行走单元停在预设的站点卡对应的位置。
实施例2：
结合图2，本实施例对本发明的服务机器人的控制方法进行详细描述，其流程图如图2所示，其包括以下步骤：
S11：控制行走单元沿着预设轨道行进到预设位置，并在遇到人或到达预设位置时，控制头部单元进行点头；
S12：控制腰部单元进行左右旋转，以使服务机器人转到服务对象所在的方向；
S13：控制头部单元进行摇头，以使头部单元面向服务对象；
S14：控制手臂单元水平下放，等待一段时间后，控制手臂单元水平提升。本实施例中，步骤S11具体为：通过设置在底盘的底部的前端和后端的两个磁导航传感器采集到的底盘偏离磁条轨道的距离来联合控制行走单元进行位姿校正，进而控制服务机器人沿磁条轨道行进；且通过设置在底盘的底部的站点识别单元控制服务机器人运动到站点卡对应的位置。采用两个传感器来控制服务机器人自动循迹导航，服务机器人运动的稳定性和灵活性更高，可以适合于餐厅等比较复杂的环境。在行走过程中遇到行人时(即红外人体探测传感器探测到人时)或者当餐点送达位置会向人点头示意并发出语音提醒，由于前后点头动作多用于向人示意，所以会走完整个动作，即向后点头，向前点头，回到原点。具体实现方式为：在向后运动的最大距离处安装后限位开关，在向前运动的最大距离处安装前限位开关；头部单元向后运动触发后限位开关，停止向后运动，接着向前运动，触发前限位开关后，停止向前运动，接着向后运动特定距离回到中心位置处停止。
步骤S12具体为：由于腰部运动无需特别准确，出于成本考虑，选择精度低于伺服电机的步进电机，因为步进电机不能构成反馈***这一性质，所以零点位置无法被记录及识别，为了解决这一问题，本实施例采用两边限位的方法，及设置左限位开关和右限位开关。根据服务对象方向，控制腰部单元向左或向右运动到左限位开关或右限位开关对应的位置，以面向用户进行服务。
步骤S13具体为：服务机器人的头部运动原理结合了腰部运动和手臂运动的特征。总共分为两个自由度：前后点头和左右摇头，其中，前后点头的原理与腰部运动类似，在步骤S11中已经描述，此处对左右摇头进行描述，左右摇头结合了腰部与手臂的特征，由于摇头多用于配合双目识别单元识别图像来进行的位置调整，通过摇头调整头部的位置从而使双目的位置更精确的识别图像，所以动作往往不需要走够一个循环。因此，在中心位置处设定限位开关，触发限位开关，运动停止，下一次运动根据站点识别单元检测到服务机器人到达指定地点，根据送餐的反馈条件重新调用电机运动程序；同时，左右运动通过程序设定软限位，即中心位置为原点位置，以此为基础，设定左右最大运动距离Zmax，若配合双目左右调整位置时，比如向左调节，当记录的距离Z左不超过Zmax时，可持续向左调节，直到到达理想位置，调节完后按原路径运动-Z左，回到起始点。当记录的距离Z左到达临界位置Zmax时，运动停止，从Zmax位置返回起始点，再从右边寻找合适的位置。
步骤S14具体为：由于手臂单元只需上下运动，并且无需停留在中间位置，所以在手臂单元向上运动会触碰的位置安装上限位开关，当手臂单元托举餐盘向上运动触发上限位开关时，手臂单元停止运动，这样能够保证手臂单元每次都回到同一个位置，设定手臂单元向下运动的距离为固定距离Y下＝a，使其到达适合用户取下餐点的位置，等待一点时间，待用户取下餐点后，执行距离Y上＝-Y下＝-a，以此回到起始位置。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种服务机器人，其特征在于，包括：从上至下依次排布的头部组件、手臂组件、腰部组件、底盘及行走组件；其中，
所述头部组件包括：头部单元以及头部控制单元，所述头部控制单元用于控制所述头部单元摇头、点头；
所述手臂组件包括：手臂单元以及手臂控制单元，所述手臂控制单元用于控制所述手臂单元水平的提升和下放；
所述腰部组件包括：腰部单元以及腰部控制单元，所述腰部控制单元用于根据服务对象方向控制所述腰部单元进行左右旋转；
所述底盘用于支撑所述头部组件、手臂组件以及腰部组件；
所述行走组件包括：行走单元以及行走控制单元，所述行走控制单元用于控制所述行走单元沿着预设轨道行进到预设的位置。
2.根据权利要求1所述的服务机器人，其特征在于，所述头部控制单元具体包括：限位开关、左右运动最大距离设定单元、后限位开关以及前限位开关；
所述限位开关设置于所述头部单元面向正前方时的中心位置，所述限位开关的位置为原点位置；
所述左右运动最大距离设定单元用于设定从原点位置向左或向右运动的最大距离；
所述后限位开关设置于所述头部单元向后运动的停止位置处；
所述前限位开关设置于所述头部单元向前运动的停止位置处；
所述限位开关与所述左右运动最大距离设定单元用于实现所述头部单元的摇头；
所述后限位开关与所述前限位开关用于实现所述头部单元的点头。
3.根据权利要求1所述的服务机器人，其特征在于，所述手臂控制单元具体包括：上限位开关以及向下运动距离设定单元；
所述上限位开关设置于预设的所述手臂单元向上运动的停止位置；
所述向下运动距离设定单元用于设定所述手臂单元从上限为开关的位置向下运动的距离。
4.根据权利要求1所述的服务机器人，其特征在于，所述腰部控制单元具体包括：左限位开关、右限位开关；
所述左限位开关设置于所述腰部单元从正前方向左转动的最大位置；
所述右限位开关设置于所述腰部单元从正前方向右转动的最大位置。
5.根据权利要求1所述的服务机器人，其特征在于，所述行走控制单元具体包括：定位单元以及站点识别单元；
所述定位单元包括：两个磁导航传感器以及磁条轨道，两个所述磁导航传感器分别设置于所述底盘的底部的前端和后端，所述底盘沿所述磁条轨道运动，位于前端的所述磁导航传感器用于采集所述底盘的前端偏离所述磁条轨道的距离，位于后端的所述磁导航传感器用于采集所述底盘的后端偏离所述磁条轨道的距离，根据两个所述磁导航传感器采集到的距离使所述磁盘沿着磁条轨道运行；
所述站点识别单元用于识别站点卡，使所述行走单元停在预设的站点卡对应的位置。
6.一种服务机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11：控制行走单元沿着预设轨道行进到预设位置，并在遇到人或到达预设位置时，控制头部单元进行点头；
S12：控制腰部单元进行左右旋转，以使服务机器人转到服务对象所在的方向；
S13：控制头部单元进行摇头，以使头部单元面向服务对象；
S14：控制手臂单元水平下放，等待一段时间后，控制手臂单元水平提升。
7.根据权利要求6所述的服务机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤S11具体为：通过设置在底盘的底部的前端和后端的两个磁导航传感器采集到的所述底盘偏离磁条轨道的距离来联合控制所述行走单元进行位姿校正，进而控制所述服务机器人沿所述磁条轨道行进；且通过设置在所述底盘的底部的站点识别单元控制所述服务机器人运动到站点卡对应的位置，同时在行进过程中，通过设置在服务机器人上的红外人体探测传感器探测是否有人，当探测到有人时，控制头部单元进行点头。
8.根据权利要求6所述的服务机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤S12具体为：控制腰部单元向左或向右运动到左限位开关或右限位开关的位置，使服务机器人面向服务对象所在的方向。
9.根据权利要求6所述的服务机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤S13具体为：通过设置在中心位置处的限位开关以及设定的左右运动的最大距离，控制头部单元向左或向右运动，以使头部单元面向服务对象。
10.根据权利要求6所述的服务机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤S14具体为：控制手臂单元向下运动到向下运动距离设定单元设定的向下运动的距离对应的位置，等待一段时间后，抬起所述手臂单元，使所述手臂单元向上运动到上限位开关对应的位置。
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