本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种可提供家居交互服务的便携可移动机器人及其操作方法。
背景技术
随着智能化在各个领域应用的推广，便携可移动机器人已经在渗透到我们生活的方方面面，比如将机器人应用在物流、居家等等。然而，这样的可移动机器人无法基于机器人所处房间的布局而自动规划成从起始位置到目标位置的准确路径。
技术实现要素：
本发明公开一种便携可移动机器人，包括：图像捕获模块，用于采集周围的图像；传感模块，用于获取包括与障碍物和地面之间的距离的位置信息；处理模块，耦合于所述图像捕获模块和所述传感模块，用于绘制所述便携可移动机器人所处的房间地图，进行定位、导航、和路径规划；控制模块，耦合于所述处理模块，用于发出控制信号来控制所述便携可移动机器人的运动；运动模块，用于根据所述控制信号来运动；以及辅助模块，用于提供辅助功能。
本发明还提供一种便携可移动机器人的操作方法，包括：由用户在移动设备端配置地图路径；所述移动设备将指令发送给所述便携可移动机器人；所述便携可移动机器人根据所述指令更新配置数据；所述便携可移动机器人判断地图路径信息是否建立；如果所述地图路径信息没有建立，所述便携可移动机器人根据摄像头采集的图像和红外传感器采集的位置信息来建立所述地图路径信息；以及如果所述地图路径信息已经建立，所述便携可移动机器人根据所述指令中的路径从第一位置移动到第二位置。
有利地，本发明的便携可移动机器人及其操作方法能够实现机器人与用户之间的互动，并为用户带来家居服务。
附图说明
图1为根据本发明实施例的便携可移动机器人的俯视图。
图2为根据本发明实施例的便携可移动机器人的仰视图。
图3为根据本发明实施例的便携可移动机器人的立体图。
图4为根据本发明实施例的便携可移动机器人的左视图和右视图。
图5为根据本发明实施例的便携可移动机器人的模块示意图。
图6为根据本发明实施例的便携可移动机器人中的处理模块的单元示意图。
图7为根据本发明实施例的对应于便携可移动机器人的用户端的操作方法的流程图。
图8为根据本发明实施例的便携可移动机器人的执行指令的操作方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为根据本发明实施例的便携可移动机器人100的俯视图。图2为根据本发明实施例的便携可移动机器人100的仰视图。图3为根据本发明实施例的便携可移动机器人100的立体图。图4为根据本发明实施例的便携可移动机器人100的左视图和右视图。
如图1-图4所示，根据本发明实施例的便携可移动机器人100包括托盘110、摄像头120、usb接口130、on/off开关140、一对万向轮152和154、一对驱动轮156、用于感测与两边障碍物距离的距离传感器162和168、用于防止跌落的悬崖传感器164和166、和勾挂件170。
在一个实施例中，位于便携可移动机器人100的顶部的托盘110可以带有凹槽，用于承载用户的水杯、咖啡杯、钥匙、玩具等，为用户带来服务和惊喜。在另一个实施例中，托盘110可以用于承载无线摄像头，通过wifi连网或其它无线通信网络向用户的设备向用户的设备(例如，手机、电脑等)传输实时视频影像，实现家庭安防巡航。在又一个实施例中，托盘110可以用于承载无线音箱，使得便携可移动机器人100变成可移动的音乐播放器。
在一个实施例中，摄像头120位于便携可移动机器人100的顶部，可以用于采集周围的图像(例如，天花板图像)，用于后续的环境地图构建。
在一个实施例中，usb接口130可以用于插入usb电缆进行充电或数据通信。
在一个实施例中，on/off开关140可以是拨动开关，用于控制便携可移动机器人100的启动或关闭。
在一个实施例中，万向轮152和154可以是万向滚珠。如图4所示，万向滚珠的直径大于便携可移动机器人100的底部的孔径，因此防止万象滚轮掉落。万向滚轮意味着它可以沿着各种方向旋转。
在一个实施例中，驱动轮156可以是由支撑轴159(如图2中的虚线所示)连接的两个滚轮。可选地，两个滚轮中的每个滚轮可独立驱动，即速度和时间都可不同。
在一个实施例中，距离传感器162和168、悬崖传感器164和166可以是红外传感器、超声传感器、或其它非接触传感器。距离传感器162和168各包含两个红外传感器，用于分别测量与左侧障碍物和右侧障碍物的距离。悬崖传感器164和166用于测量与地面的距离，如果该距离超过预设阈值或瞬间距离变化值大于预设变化率，则判断出现跌落危险，需停止继续向前运动。
在一个实施例中，勾挂件170可以用于挂毛球等宠物玩具。随着便携可移动机器人100的移动，吸引宠物追着玩具跑动。在另一个实施例中，便携可移动机器人100的前侧还可以包含另一勾挂件(未示出)，以便多个便携可移动机器人100首尾相连，形成一组机器人队列。
图5为根据本发明实施例的便携可移动机器人500的模块示意图。如图5所示，便携可移动机器人500包含图像捕获模块501、处理模块502、传感模块503、控制模块504、辅助模块505、和运动模块506。每一模块可为用于执行描述的动作的计算装置(例如，硬件、非暂态介质、固件)。
在一个实施例中，便携可移动机器人500中的图像捕获模块501(例如，摄像头120)用于采集周围的图像(例如，天花板图像)，用于后续的环境地图构建。传感模块503可包含距离传感器162和168、悬崖传感器164和166中的至少一个，用于获取便携可移动机器人500的相关位置信息(例如，与障碍物和地面之间的距离)，它可以是由包括陀螺仪、红外传感器等的多个传感器组成。根据图像捕获模块501和传感模块503的采集数据，处理模块502可绘制便携可移动机器人所处的房间地图，存储便携可移动机器人所处的位置、特征点坐标及描述等信息，完成便携可移动机器人定位、导航、行走路径规划等功能，例如定位并且规划所述便携可移动机器人从第一位置移动到第二位置的路径。耦合于处理模块502的控制模块504(例如，微控制器mcu)用于发出控制信号来控制便携可移动机器人500的运动。运动模块506可以是装有驱动电机的驱动轮(例如，万向轮152和154、驱动轮156)，用于根据所述控制模块的控制信号来运动。辅助模块507是用户根据需要功能所提供的外接装置，例如托盘110和usb接口130，用于提供辅助功能。
用户510用于指示便携可移动机器人500的运动方向，以及发出便携可移动机器人500的所要实现功能的指令。
图6为根据本发明实施例的便携可移动机器人500中的处理模块502的单元示意图。图6可结合图5的描述进行理解。如图6所示，处理模块502包括地图绘制单元610、存储单元612、计算单元614、以及路径规划单元616。
地图绘制单元610用于根据图像捕获模块501(如图5所示)所采集的图像来绘制便携可移动机器人500所处房间的地图信息(包括特征点、障碍物等信息)。
存储单元612存储地图绘制单元地图信息中的便携可移动机器人所处位置、特征点的图像坐标以及特征描述等信息。例如，特征描述可包含用orb(orientedfastandrotatedbrief)特征点检测方法来提取所述环境图像中的特征点(例如，每个图像中至少包含5个特征点)的多维描述。
计算单元614提取存储单元中的特征描述，并将提取的特征描述与便携可移动机器人当前位置的特征描述进行匹配，计算便携可移动机器人500的准确位置。
路径规划单元616以所计算的便携可移动机器人500的准确位置为起点，参考其所处房间的地图以及目标点，规划出便携可移动机器人的运动路径。
图7为根据本发明实施例的对应于便携可移动机器人的用户端的操作方法700的流程图。图7可结合图1-6进行理解。如图7所示，对应于便携可移动机器人的用户端的操作方法700可包括：
步骤704：用户510通过智能手机或手持设备的app应用软件来配置地图路径，具体配置方式包括基于处理模块502中的地图信息给定的路线，如a路线、b路线，同时用户也可以自己在地图上手绘路线。例如，用户可预先设定几个路线。当用户按动便携可移动机器人上的对应按钮时(如图1所示的按键1、2、3)，便携可移动机器人按照该路线运动。此外，用户还可以设定便携可移动机器人的工作时间段(例如，中午11点到12点自动开机)。
步骤706：将指令(例如，从a点运动到b点)发送至便携可移动机器人，即发送给便携可移动机器人500中的处理模块502。
图8为根据本发明实施例的便携可移动机器人的执行指令的操作方法800的流程图。图8可结合图1-7进行理解。如图8所示，便携可移动机器人的执行指令的操作方法800可包括：
步骤802：便携可移动机器人100中的处理模块502从用户接收配置指令。例如，用户可点击电子设备(例如，智能手机)上安装的app软件中的开始按键来产生开始命令。此时，便携可移动机器人100可原地旋转一圈或播放一段音乐来指示其开始工作；
步骤804：处理模块502更新配置数据。例如，配置数据可包括时钟信息，例如日期和时间；
步骤806：处理模块502判断地图路径信息是否建立；如果已经建立则执行步骤810，即启动传感器，如果地图路径信息未建立好，则执行步骤808，处理模块502进行地图绘制以及建立路径后继续执行步骤806，直至地图信息建立完成；
步骤812：便携可移动机器人100返回至起始点待机；
步骤814：等待触发事件，比如用户105通过按键方式触发便携可移动机器人100；
步骤816：执行用户105所发出的指令，比如要求便携可移动机器人按照指定的路径来运动；
步骤818：执行完毕用户的指令返回至步骤812待机。
有利地，本发明的便携可移动机器人及其操作方法能够实现机器人与用户之间的互动，并为用户带来家居服务。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。