移动式远端临场交互平台的制作方法

本发明涉及人机交互技术领域。具体涉及一种移动式远端临场交互平台。

背景技术：

随着人的生活节奏的加快，人分身乏术的情况日渐增多，因此促使了移动式远程交互的发展。刚开始，由于互联网的诞生，为了跟上人们的生活节奏，人们发明了网络视频，从而使得人们可以在室内同时与多个人接触交流。但人们仍不满足，经过多年的发展，远程交互已经有不少新的产品诞生。例如Anybots公司的Anybots QB移动机器人以及美国Double Robotics公司的Double机器人。这两款产品的功能都非常相似，都主要是实现用户的“分身”能力，让用户在室内远程控制移动机器人去出席会议、上班办公以及出差。但目前市面上的这些产品的交互体验都比较差，基本只有一个屏幕显示和生硬的骨架支架，远端与机器人交互的人只能与冰冷的机器交互。如果将远程机器人设计成更加贴合人类、外形更加像人类、使其具有用户的实时脸部表情，这样定能增强远端与之交互的人产生亲切感，缩短机器与人之间的“距离”。另外，对于本地端用户，其临场感的体验十分重要。如果能将虚拟现实技术应用到本地端用户上，使本地端用户通过虚拟现实技术，使其视野与远程机器人同步，这样必定可以增强本地端用户的临场感。

近几年来，产生了许多与该专利相关的论文和专利，分别如下：

1、中国公开专利号：CN104898652A，名称：与一个可移动的远程机 器人相互交流。该设备，可以使用户远程采集到该设备的各种信息，使得用户与外界交流，同时它的上肢也可以作出一定的运动，但该设备的外形比较生硬，不够美观，同时不能出色展现出用户的情景信息，交互体验差，本地端用户的临场感差。

2、中国公开专利号：CN103802108A，名称：远程协助办公机器人。该专利描述的设备可以满足人类在办公室的一般工作，如影音交流、远程巡视工作现场、远程文件传输以及参与远程视频会议等等。但同样，该设备的外形比较生硬，不贴合人类间交互的审美，对用户的情景状况还原程度比较低。同时没有考虑到本地端用户的临场感。

3、中国公开专利号：CN102755194A，名称：一种远程监护机器人。该设备可以通过它上面的各种生命状况探测器监护病人的生命健康情况，能够与病人有一定程度的交互，但其可交互的功能比较少，而且该设备的外观同样比较生硬，不符合人类的审美，没有对用户的情景状况进行还原，导致交互体验很差。更为重要的是其本地端用户的临场感很差。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，如远程移动机器人无法显示用户情景情况，交互体验差、用户临场感差等问题，提供一种移动式远端临场交互平台。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种移动式远端临场交互平台，所述平台由人类仿真头部1、人类仿真躯体5、移动平台承重支架8、移动底座机器人9依次由上至下连接组成，

所述人类仿真头部1包括第一半透明玻璃板2、第一投影仪10以及头 部外壳，所述第一投影仪10将本地端用户头部的影像信息投影在所述第一半透明玻璃板2上，使得所述人类仿真头部1拥有本地端用户的面部表情；

所述远端用户是指与移动式远端临场交互平台交流的用户，同时，对应的，本地端用户是指操控移动式远端临场交互平台的用户。

所述人类仿真躯体5包括第二半透明玻璃板7、第二投影仪11以及躯体外壳，所述第二投影仪11将远端用户躯体的影像信息投影在所述第二半透明玻璃板7上，使得所述人类仿真躯体5拥有远端用户的躯体情景。

进一步地，所述第一投影仪10以及所述第二投影仪11均平行于所述第一半透明玻璃板2以及所述第二半透明玻璃板7放置的，所述第一投影仪10以及所述第二投影仪11分别包括一个投影仪影像转向装置，用于将将平行的影像分别转向到对应的半透明玻璃板上显示。

进一步地，所述投影仪影像转向装置包括：固定板a1、镜面玻璃a2以及固定板a3，所述固定板a1、所述镜面玻璃a2以及所述固定板a3形成一个45°角将投影仪竖直的画面转向成水平。

进一步地，所述人类仿真躯体5上设置有微型麦克风6、3D摄像头3和音箱4，所述微型麦克风6用于采集平台周围的声音信号，所述3D摄像头3用于采集平台周围的影像信号，所述音箱4用于播放用户的声音。

进一步地，所述移动平台承重支架8起到承重作用并支持上下高度调节，通过所述移动平台承重支架8可调节所述人类仿真躯体5和所述人类仿真头部1的位置高度。

进一步地，所述移动底座机器人9包括：传感器模块、电机及其驱动模块、电源模块以及嵌入式计算机，

其中，所述电机及其驱动模块，用于为移动式远端临场交互平台提供 动力矩；

所述电源模块，用于为移动式远端临场交互平台中各个部件提供工作电压，能够输出24V、6V、5V、3.3V电压；

所述嵌入式计算机，用于负责整个平台的控制，同时其配备无线网络模块，用于接收用户的控制信号和影像、声音信号，同时，所述嵌入式计算机具有投影仪所需要的数据接口、电源接口。

进一步地，所述传感器模块包括：霍尔式电流传感器、陀螺仪传感器以及超声波传感器，

其中，所述霍尔式电流传感器用于检测移动式远端临场交互平台的电量情况；

所述陀螺仪传感器用于测量所述移动底座机器人9的转向角度；

所述超声波传感器模块用于采集移动式远端临场交互平台周围障碍物的距离，并实现自主避障。

进一步地，所述移动式远端临场交互平台还包括外置的充电桩12，所述充电桩12贴合所述移动式远端临场交互平台的外形，当所述移动式远端临场交互平台移动到充电桩充电时，所述充电桩12的充电插头刚好对应所述移动底座机器人的充电插孔。

进一步地，所述移动式远端临场交互平台会实时监测剩余电量，当电量低于设定警戒值时，平台会警告用户，提醒用户进行充电。

进一步地，所述移动式远端临场交互平台在所述充电桩12的一定范围内，可启动自动寻迹回程功能，根据其内在避障算法和寻迹算法回到所述充电桩12自行充电。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明公开了一种移动式远端临场交互平台，该平台能够让用户实现“分身”的效果，在室内远程操控一台甚至多台移动式远端临场交互平台，使用户可以同时出现在世界各地的各种场合。该平台能够还原用户的脸部表情以及声音。与其他同类型产品相比，该平台通过将其环境信息输送给本地端用户，通过电脑设备和虚拟现实眼镜还原其环境，因此用户的临场感觉更加真实。同时，该平台在一定位置范围内，支持自动回程充电功能，能够简便用户的操作。

附图说明

图1是本发明中公开的移动式远端临场交互平台的结构图；

图2是本发明中公开的移动式远端临场交互平台的局部剖视图；

图3是本发明中第一投影仪的结构示意图；

图4是本发明中第二投影仪的结构示意图；

图5为移动式远端临场交互平台充电桩的结构示意图；

图6为移动式远端临场交互平台充电桩的俯视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例提供一种移动式远端临场交互平台，涉及人机交互技术的前沿应用。本交互平台可以为用户提供一个移动式机器人，让用户在电脑前就可以与外界的人和实物接触、交流。本交互平台能够将本地端用户的上半身的情景(包括表情、声音)完美映射到移动机器人，使机器人实时拥有用户的脸部表情，让远端与之交互之人产生亲切感。同时，该机器人可以通过音响以及麦克风让用户与其他人进行交流。本地端用户可以通过虚拟现实眼镜“真实”体验到移动式远端临场交互平台所在的环境，具有很强的临场感。该交互平台支持自动回程充电功能，能够降低用户上手操作难度。通过使用该交互平台，用户能做到“分身”的效果，同时出现在世界各地出席各种场合。

由图1和图2所示，移动式远端临场交互平台由人类仿真头部1、第一半透明玻璃板2、3D摄像头3、音箱4、人类仿真躯体5、微型麦克风6、第二半透明玻璃板7、移动平台承重支架8、移动底座机器人9、第一投影仪10、第二投影仪11组成。

所述的人类仿真头部1和人类仿真躯体5如图2所示，人类仿真头部1由第一半透明玻璃板2、第一投影仪10以及头部外壳组成。其内部中空，投影仪的信号线和电源线沿着头部内部后壳到颈部，然后经过躯干内部后壳，最终连接到移动底座机器人9。第一投影仪10在头部外壳内则后部，第一投影仪10将用户头部的影像信息投影到第一半透明玻璃板2上，使得人类仿真头部1拥有用户的面部表情。

同样，人类仿真躯体5由第二半透明玻璃板7、第二投影仪11以及躯体外壳组成。其内部中空，投影仪的信号线和电源线沿着躯干内部后壳连 接到移动底座机器人9。第二投影仪11在躯体外壳内则后部，第二投影仪11将用户躯体的影像信息投影到第二半透明玻璃板7上，使得人类仿真躯体5拥有用户的躯体情景。人类仿真躯体上设置有微型麦克风6、3D摄像头3和音箱4，用于采集平台周围的环境信息(影像、声音信号)和播放本地端用户的声音。其采集到的信息输送给嵌入式计算机内进行处理。对于图像的处理，根据不同的需求，使用不同的图像处理算法。

由于第一投影仪以及第二投影仪均是平行于第一半透明玻璃板以及第二半透明玻璃板放置的，因此需要搭建一个投影仪影像转向装置，将平行的影像转向到半透明玻璃板上显示。投影仪转向装置由固定板a1、镜面玻璃a2以及固定板a3组成，形成一个45°角将投影仪竖直的画面转向成水平，投影到第一半透明玻璃板2或者第二半透明玻璃板7上。此外，需要调节投影仪影像的大小，所以可以根据具体需求，在转向装置添加凸透镜，以达到影像调节功能。

为使移动式远端临场交互平台接近人类身材，需要其接近人类的高度，取1.75m。除去移动底座机器人、人类仿真头部、躯体固定高度外，剩下的高度需要由移动平台承重支架8提供。移动平台承重支架8将躯体和头部的位置升高到正常成年人的位置，同时起到承重作用。

移动底座机器人9，其主要由传感器模块、电机及其驱动模块、电源模块以及嵌入式计算机组成。其传感器模块包括霍尔式电流传感器、陀螺仪传感器以及超声波传感器。霍尔式电流传感器用于检测整个移动底座机 器人里电路的电流情况，起系统保护的作用。如电机工作过程中，系统的工作电流超过额定范围，则认为系统处于非正常状态。陀螺仪传感器用于测量移动底座机器人的转向角度，其信息主要用于其自动返航中。超声波传感器模块用于采集平台周围障碍物的距离，并实现自主避障。电机及其驱动模块，为移动式远端临场交互平台提供动力矩。电机要满足体积小而且扭矩大的特点。考虑到电机安装空间较小，而且负重较大，需选取体积小且扭矩大的电机，例如57BYG250C型步进电机。同时，为了对电机进行控制，需要采用电机驱动器，如TB6600电机驱动器。

电源模块需要满足各个模块所需电压不同的要求，能够输出24V、6V、5V、3.3V等不同电压。选取24V 12AH的锂电池，同时需要配备6V、5V、3.3V等不同电压的恒压转换电路。嵌入式计算机，负责整个平台的控制，同时其配备无线网络模块，用于接收用户的控制信号和影像、声音信号。同时，该嵌入式计算机具有投影仪所需要的数据接口、电源接口。

移动式远端临场交互平台的充电桩12，通过d1和d2两个螺丝固定在平整的地面上。其整体形状为一个三棱柱，中间中空，其中空的形状为圆柱体，其地面处有特定的凹槽，用于固定和限制移动底座机器人9的位置。充电桩12通过d3充电插头与移动底座机器人9的充电插孔接触，从而进行充电。通过其内在的传感器，实时监测移动式远端临场交互平台的电源情况。

这里结合移动式远端临场交互平台的实施例对其进行说明。当本地端用户在电脑前操控移动式远端临场交互平台去公司参加会议，通过移动式远端临场交互平台的3D摄像头3采集的信息，本地端用户可以佩戴虚拟现实眼镜，在虚拟现实中“身临现场”，同时移动式远端临场交互平台将本 地端用户的脸部表情投影在其人类仿真头部1上。当本地端用户需要和远端用户进行互动时，本地端用户可以直接与远端用户实时对话，同时本地端用户可以将笔记之类的东西放在其上肢的地方，通过第一投影仪和第二投影仪显示。

考虑到移动式远端临场交互平台的功能效果，要求对用户采集到的图像进行一定的图像处理。由于使用两个投影仪，而两个投影仪的参数不一，导致所投影的图像大小会有所区别。而且，要求第一投影仪投影用户的头部，而第二投影仪投影用户的躯干，因此，需要对源图像进行分割处理。通过移动底座机器人9的嵌入式计算机，可以对图像信息进行处理，将其分成头部和躯干两个部分图像。然后，分别按照其对应投影仪的参数进行图像大小规格的修改，最后分别将其输送到对应的投影仪，将其投影到半透明玻璃板。

移动式远端临场交互平台会实时监测其剩余电量，当电量低于设定警戒值时，平台会警告用户，提醒用户进行充电。移动式远端临场交互平台需要充电时，本地端只需要将其操控到充电桩12附近，当移动式远端临场交互平台在充电桩的一定范围内，就可以启动自动寻迹回程功能，根据其内在避障算法、寻迹算法回到充电桩自行充电。当充电完成，移动式远端临场交互平台会给用户发送充电完成信号。

当移动式远端临场交互平台需要充电时，本地端只需要将其操控到充电桩附近，然后移动式远端临场交互平台就可以根据其内在避障算法、寻迹算法回到充电桩自行充电。该充电桩贴合移动式远端临场交互平台的外 形，当移动式远端临场交互平台移动到充电桩充电时，充电桩的充电插头刚好对应移动底座机器人的充电插孔，而移动底座机器人的轮子刚好移动到充电桩的轮子槽的底部，将移动底座机器人的位置限制在制定的区域内充电。

综上所述，该交互平台可以实现用户的“分身”功能，让用户在电脑前或者平板前远程操控交互平台，与外界进行交互。另外，该平台可以完美呈现用户的实时情景情况，完美表现本地端用户的表情、声音，减小了人与人与机器之间的距离隔阂。更为突出的是，通过对移动式远端临场交互平台采集到其周围环境的信息，搭建出其虚拟现实环境，本地端用户可以通过虚拟现实眼镜“身临其境”，做出更人性化的操作。此外，该发明具有贴合人类审美观的外观，让远端与之交互之人产生亲切感，提供良好的用户交互体验。

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。