机器人行为表达方法及计算机可读介质与流程

本发明涉及机器人行为表达领域，具体而言，涉及一种机器人行为表达方法及计算机可读介质。

背景技术：

机器人行为包括语音、图像、动作、灯阵等元素。机器人行为的表达是多种元素合并输出的结果。但是在现有的解决方案中，各个元素是分立的，输出时各个模块负责各自的元素输出。例如，语言元素是通过语音模块将文字转变成音频进行输出的，图像元素是通过机器人的屏幕上播放视频进行输出的，动作元素是通过运动控制mcu发送指令至对应的机器人身体部位而实现输出的，灯阵元素则是通过向控制灯阵的mcu发送灯阵序列实现输出的。由于机器人行为通常包括了多种元素的同步输出，各个模块的元素输出需要在时序上紧密配合，否则会导致机器人行为混乱，例如机器人所进行的动作和发出的语音是不匹配的。此外，由于各个模块的元素输出并无统一规范，导致开发效率降低。

因此，有必要开发一种多种元素配合输出的机器人行为表达方法及计算机可读介质。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，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技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种机器人行为表达方法及计算机可读介质。本发明在操作系统的程序逻辑上搭建了一组机器人行为序列框架，需要执行某种行为时，直接调用对应的整体行为包，内含图像序列、动作序列、灯阵序列和语音音色等，由行为执行模块序列化加载各类元素，按照一定的方式配合执行，控制机器人完成相应的资源输出，使开发者有个良好的接入，提高了开发效率。

根据本发明的一个方面，提出了一种机器人行为表达方法。该方法可以包括：

将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素；

根据各个动作元素的时间发生顺序，将动作元素放入对应的容器中或者将动作元素和/或容器装入另一个容器中，其中，所述容器用于确定置于其中的动作元素之间或者动作元素与容器之间的执行顺序；

提取各个动作元素和各个容器之间的层次关系，根据所述层次关系将所述各个动作元素和各个容器组织成树形结构，以表述所述机器人行为；

调用所述树形结构对应的根节点，执行各动作元素。

优选地，所述容器包括并发容器和顺序容器，其中，所述将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素包括：将所述机器人行为分解为不同的阶段，再分别基于各个阶段进行动作元素的拆解。

优选地，所述容器包括并发容器和顺序容器，其中，置于所述并发容器中的动作元素是同时执行的，置于所述顺序容器中的动作元素是顺序执行的。

优选地，所述树形结构的根节点和叶节点分别为动作元素和/或容器。

优选地，所述动作元素包括如下状态：初始化完成、准备完成、正在运行、已暂停、已停止。

根据本发明的另一方面，提出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以下步骤；：

将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素；

根据各个动作元素的时间发生顺序，将动作元素放入对应的容器中或者将动作元素和/或容器装入另一个容器中，其中，所述容器用于确定置于其中的动作元素之间或者动作元素与容器之间的执行顺序；

提取各个动作元素和各个容器之间的层次关系，根据所述层次关系将所述各个动作元素和各个容器组织成树形结构，以表述所述机器人行为；

调用所述树形结构对应的根节点，执行各动作元素。

优选地，所述将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素包括：将所述机器人行为分解为不同的阶段，再分别基于各个阶段进行动作元素的拆解。

优选地，所述容器包括并发容器和顺序容器，其中，置于所述并发容器中的动作元素是同时执行的，置于所述顺序容器中的动作元素是顺序执行的。

优选地，所述树形结构的根节点和叶节点分别为动作元素和/或容器。

优选地，所述动作元素包括如下状态：初始化完成、准备完成、正在运行、已暂停、已停止。

本发明的优点在于：

1、通过编写动作元素对应的容器，可以实现几乎所有机器人的行为；

2、每个机器人的行为被拆分成了很多小的动作元素，这些动作元素在不同的机器人之间是可以复用的。大量使用动作元素可以减少开发的工作量。

3、动作元素和容器的组织方式是根据最开始的机器人行为的定义而自动生成的。只要修改定义，就可以对机器人的行为进行调整，而无须更改代码。

本发明的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的机器人行为表达方法的流程图。

图2为示例性机器人行为的分阶段拆解图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的动作的状态转换图。

图4示出动作元素和容器所形成的树形关系图。

图5示出执行机器人行为时的时序图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。

图1示出了根据本发明的一个实施例的机器人行为表达方法的流程图。

该方法可以包括：

(1)将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素。

为了定义机器人在某些特定情况下的反应，需要选择用某些方式进行表达。这些反应可以是开发阶段写好的，也可以在运行时由服务器开发。

在示例性实施例中，将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素包括：将机器人的行为分解为不同的阶段，再基于各个阶段进行动作元素的拆解。

这些动作元素可能是在屏幕上显示一个动画，可能是tts播放一句话，可能是一个动作，也可能是一个灯阵的效果。他们按照先后顺序或者时间关系配合起来完成整个动作。

下面以机器人“回应打招呼”这个行为为例来说明将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素的具体过程。

如图2所示，可以将机器人“回应打招呼”这个行为分解为四个阶段：

第一阶段：抬头；

第二阶段：说出“hello”的同时，显示一个微笑表情；

第三阶段：灯阵按照一定的的规则闪烁；

第四阶段：低头，表情从微笑恢复到普通表情，同时说“什么事”。

根据各个阶段的拆解，可以发现这个行为中包含的基础单元为：抬头、显示微笑表情、tts发声、灯阵闪烁、表情恢复到待机状态以及低头。

其中各个动作元素是这样实现的：

抬头动作的实现方式是通过系统调用向控制运动的mcu发送运动指令，控制电机的旋转角度；

显示微笑表情是在屏幕上播放动画；

tts发声是按照一定的发音规则将文字变成音频；

灯阵是通过系统调用向控制灯阵的mcu发送灯阵序列；

恢复表情是在屏幕上播放另外一段动画，这个动画的第一帧与之前动画的最后一帧相同能够实现连续的效果；

低头是向运动控制mcu发送运动指令，使对应机器人颈部的电机转回到基准位置。

(2)根据各个动作元素的时间发生顺序，将动作元素放入对应的容器中或者将动作元素和/或容器装入另一个容器中，其中，所述容器用于确定置于其中的动作元素之间或者动作元素与容器之间的执行顺序。

在示例性实施例中，所述容器包括并发容器和顺序容器，其中，置于所述并发容器中的动作元素是同时执行的，置于所述顺序容器中的动作元素是顺序执行的。

由于动作元素的容器也是一个动作，因此可以将容器和/或动作元素装入另外的容器中，实现动作元素的层次堆叠。

机器人行为中的各个动作元素的时间发生顺序可以通过以下方式获得：按照机器人行为所分解的阶段和每个阶段里动作元素的划分，通过xml将这个行为表达出来，xml记录了按照时间顺序发生的动作元素的序列。

对应上述例子，xml文件总体分为四个部分，同时注明这四个部分是连续发生。第二个部分包括同时发生的两个动作元素，第四个部分包括同时发生的三个动作元素。

在示例性实施例中，各所述动作元素包括如下状态：初始化完成、准备完成、正在运行、已暂停、已停止。

在输出动作元素的过程中，可以通过调用如下指令来可以进行所作元素的状态之间的切换，以对机器人输出的动作进行控制：准备、运行、暂停、继续、停止。如图3所示，当系统处于初始化完成状态，准备指令使系统进入准备完成状态，此时运行指令使系统进入正在运行状态；此时如果接收到暂停指令，系统则进入已暂停状态，而继续指令使系统从已暂停状态进入正在运行状态；当系统处于正在运行状态时接收到停止指令，则会进入已停止状态。

以输出灯阵闪烁这一动作元素为例，在机器人正在灯阵闪烁时，可以通过暂停指令让其暂停闪烁并通过继续指令继续闪烁，也可以通过停止指令让其停止灯阵闪烁。

所述动作元素在不同的状态之间切换时向外发出信号，以令操作者确认状态切换成功。

并发容器在接收到“运行”指令时，会给它所包含的所有子动作发送“运行”指令，只有当所有的子动作都运行完成后，才会将自己的状态变为“已停止”。

顺序容器在接收到“运行”指令时，会给自己的第一个子动作发送“运行”指令，当第一个动作的状态变成“已停止”后，他会给第二个子动作发送“运行”指令，以此类推。直到最后一个子动作的状态变成“已停止”，这个顺序容器的状态才会变成“已停止”。

下面以机器人“回应打招呼”这个行为为例来说明读取xml文件的过程：

由于一开始能够读取到整个行为分为顺序执行的四个部分，于是创建一个顺序容器。

之后开始从xml文件中解析出第一部分，这个部分是一个抬头动作，于是调用动作工厂创建抬头的动作。

之后解析第二部分，其中包含两个同时执行的动作元素。于时创建一个并发容器，同时调用动作工厂创建微笑的动作元素和tts发声的动作元素，并将这两个动作元素添加到刚刚创建的并发容器里面。然后将并发容器添加到最开始的顺序容器中。

之后解析第三部分，利用与第一部分相似的方法创建出灯阵闪烁的动作并将其添加到最开始的顺序容器中。

最后解析第四部分，根据xml的内容创建一个并发容器，并且将控制低头、播放恢复表情和tts发声的动作添加到并发容器中，然后将这个并发容器同样添加到最开始的顺序容器中。

随着xml文件的解析，完成了将动作元素和/或容器置于其他容器的过程。

(3)提取各个动作元素和各个容器之间的层次关系，根据所述层次关系将所述各个动作元素和各个容器组织成树形结构，以表述所述机器人行为。

在所述动作元素和所述容器所形成的树形结构中，根节点和叶节点可以分别为动作元素和/或容器。

对应上述例子，根据各个动作元素与所创建的容器之间的层次关系所形成的树形结构如图4所示。其中，实心的节点是容器，s1、s2表示顺序容器，c1、c2表示并发容器，带有序号的空心的节点是动作元素。

(4)调用所述树形结构对应的根节点，执行各动作元素。

树形结构的根节点可以是动作元素和/或容器，过调用该根节点即可执行所定义的机器人行为。

所述执行模块的操作对象可以是动作元素，也可以是一个包含了很多层容器的容器，因此可以通过执行模块调用根节点。

执行模块将接收到的动作排队，根据需要下发执行命令。也可以在一个动作没有执行完成的时候发送停止命令打断，从而可以更快的执行下一个动作。

下面以机器人“回应打招呼”这个行为为例，结合图4来说明执行模块执行机器人行为的具体过程，执行机器人行为时的时序图如图5所示。

首先向根节点，也就是顺序容器s1，发送“运行”指令；

顺序容器s1给它的第一个子节点—动作1：抬头发送运行命令；

动作1：抬头开始运行，在动作1完成后，其状态转换为已停止；

顺序容器s1接收到已停止的状态变化，给它的第二个子节点—顺序容器s2发送运行命令；而顺序容器s2向它的第一个子节点—并发容器c1发送运行命令。并发容器c1给它里面的两个动作—动作2：播放微笑表情和动作3：tts发声发送运行指令。当这两个动作完成后，它们的状态转换为已停止。并发容器c1接收到状态变化，将它自己的状态转换为已停止。

顺序容器s2收到并发容器c1的已停止状态，给动作4：灯阵闪烁发送运行指令，动作4完成后，其状态变成已停止。顺序容器s2将它自身的状态标记为已停止。

顺序容器s1接收到状态变化，给并发容器c2发送运行指令，并发容器c2给它内部的三个动作—动作5：低头，动作6：表请从微笑恢复到普通表情，动作7：说“什么事”发送运行指令。这三个动作的状态都变成已停止后，并发容器c2将它自身的状态标记为已停止。

顺序容器s1接收到并发容器c2的状态变化，但是发现c2已经是最后一个子节点，于是顺序容器s1将自身的状态标记为已停止。

执行模块接收到顺序容器s1的状态变化，这个机器人的行为已经执行完成。

根据本发明的另一实施例的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以下步骤：

将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素；

根据各个动作元素的时间发生顺序，将动作元素放入对应的容器中或者将动作元素和/或容器装入另一个容器中，其中，所述容器用于确定置于其中的动作元素之间或者动作元素与容器之间的执行顺序；

提取各个动作元素和各个容器之间的层次关系，根据所述层次关系将所述各个动作元素和各个容器组织成树形结构，以表述所述机器人行为；

调用所述树形结构对应的根节点，执行各动作元素。

在示例性实施例中，所述将机器人行为拆解为多个可复用的动作元素包括：将所述机器人行为分解为不同的阶段，再分别基于各个阶段进行动作元素的拆解。

在示例性实施例中，所述容器包括并发容器和顺序容器，其中，置于所述并发容器中的动作元素是同时执行的，置于所述顺序容器中的动作元素是顺序执行的。

在示例性实施例中，所述树形结构的根节点和叶节点分别为动作元素和/或容器。

在示例性实施例中，所述动作元素包括如下状态：初始化完成、准备完成、正在运行、已暂停、已停止。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

本发明可以是装置、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。