一种具有识字能力的双足移动机器人系统的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体而言，一种具有识字能力的双足移动机器人系统。

背景技术：

生活中，具有识字能力的移动机器人无论是在商业还是工业方面都很少应用和无法普及，然而它带来的经济效益是巨大的，解放人的生产力，实现无人自动化生产线，可广泛引用于仓库。

在家居和服务行业上，随着人们日益增长的物质文化需要，轮式机器人已经开始满足不了人类的生活需求，轮式尽管行进速度快、平缓且控制容易，但对于具有落差高度的地形无能为力，因此双足式移动机器人开始出现在研究学者的主要攻克点。

为适应不同的工作环境，地面行走机器人的运动方式分为轮式、足式、履带式以及复合式等。对于具有落差高度等复杂地形环境下，足式机器人具有很大的优势。足式机器人作为机器人的一员，具有优秀的动态性能，它可以很好适应平地或者复杂路面等环境。适当增加足式机器人的足数及关节自由度，可以提升其跨越障碍、高度落差等能力，但是，足数及关节自由度的增多会给足式机器人的控制和步态规划带来更多的困难，同时会增加足式机器人的体积、重量。另外，当前移动机器只有语音识别、场景图像识别功能，还不具备文字理解功能。

因此，需要开发或者需要改进一种具有识字能力的双足移动机器人系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有识字能力的双足移动机器人系统以解决所述问题。

为实现上述目的，本发明所提供的一种具有识字能力的双足移动机器人系统，其包括机器人本体；所述机器人本体上设有处理器模块、舵机控制模块和文本处理模块；所述舵机控制模块和所述文本处理模块分别与所述处理器模块通信连接；所述文本处理模块包括图像采集单元、图像文本识别单元和文字数据库；所述图像采集单元对自然场景进行采集并将场景图像发送至所述图像文本识别单元；所述图像文字识别单元通过所述文字数据库对图像中的文字进行识别，并通过数据信息传输方式将文字数据信息传输至所述处理器模块，所述处理器模块将文字数据信息转换成控制信号并输送至舵机控制模块。

优选的是，所述机器人本体上还设有用于存储机器人执行动作信息的执行操作数据库；所述执行操作数据库分别与所述处理器模块和所述图像文本识别单元通信连接。

优选的是，所述机器人本体包括机身及连接于所述机身上的下肢机构；所述下肢机构包括由上之下依次连接的髋关节模块、膝关节模块和踝关节模块；所述髋关节模块包括髋关节支架和用于驱动所述髋关节支架绕y轴转动的髋关节驱动电机；所述膝关节模块包括与所述髋关节支架连接的连接架、膝关节支架和驱动所述膝关节支架绕x轴转动的膝关节驱动电机；所述膝关节驱动电机的本体与所述膝关节支架连接，所述膝关节驱动电机的输出端与所述连接架连接；所述踝关节模块包括踝关节组件和驱动所述踝关节组件绕x轴转动的踝关节驱动电机；所述踝关节驱动电机的本体与所述膝关节支架连接，所述踝关节驱动电机的输出端与所述踝关节组件连接。

优选的是，所述踝关节组件包括第一踝关节支架、第二踝关节支架、脚掌块和用于控制所述脚掌块绕y轴转动的脚掌驱动电机。

优选的是，所述第一踝关节支架与所述踝关节驱动电机的输出端连接；所述第二踝关节支架与所述第一踝关节支架连接；所述脚掌驱动电机的本体与所述脚掌块连接，所述脚掌驱动电机的输出端与所述第二踝关节支架连接。

优选的是，所述机身的底部设有下肢固定架；所述髋关节驱动电机的本体安设于所述下肢固定架上，所述髋关节驱动电机的输出端伸出于所述下肢固定架外。

优选的是，下肢机构包括左下肢组件和右下肢组件；所述左下肢组件和所述右下肢组件呈对称布置；所述髋关节模块、膝关节模块和踝关节模块由上之下依次连接形成所述左下肢组件。

优选的是，所述髋关节支架、连接架、第一踝关节支架和第二踝关节支架的外轮廓均为u型，且u型底部设有连接孔，u型的两端上对称设有安装孔；所述安装孔内插接有双轴杆；且每个所述双轴杆分别与所述髋关节驱动电机的输出端、膝关节驱动电机的输出端、踝关节驱动电机的输出端和脚掌驱动电机的输出端传动连接。

优选的是，所述膝关节支架包括上膝部和下膝部；所述上膝部的一端与和所述下膝部连接，另一端与所述膝关节驱动电机的本体连接；所述下膝部远离所述上膝部的一端与所述踝关节驱动电机的本体连接。

优选的是，所述上膝部的外轮廓和下膝部的外轮廓均为u型，且两者的两端部上均设有固定孔，并通过螺栓分别与所述膝关节驱动电机的本体和所述踝关节驱动电机的本体的连接。

上述技术方案所提供的一种具有识字能力的双足移动机器人系统，与现有技术相比，其有益效果包括：

1.本发明通过能够对自然场景文本进行识字定位功能；进一步促进具有识字功能双足机器人在商业化上的发展。

2.本发明具有优秀的动态性能，它可以很好适应平地或者复杂路面等环境。适当增加足式机器人的足数及关节自由度，可以提升其跨越障碍、高度落差等能力。

3.本发明采用单腿四个自由度的双足机器人驱动方式，减少占用的空间资源，降低关节数目的同时也能保证双足机器人跨越具有落差高度地形的特点

4.本发明的双足机器人能够满足生活的大多数场景，面对阶梯地形也能轻松跨越，比轮式和履带类机器人有着跨越具有一定高度落差的优势，同时单腿只具有4个自由度，简化双足机器人的控制算法和步态规划，减少占用资源和重量，动作将更加灵活和稳定，将更加适用于商业服务领域。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明实施例1～2中一种具有识字能力的双足移动机器人系统的结构示意图；

图2是本发明实施例1～2中一种具有识字能力的双足移动机器人系统的侧视结构示意图；

图3是本发明实施例1～2中一种具有识字能力的双足移动机器人系统的主视结构示意图；

图4是本发明实施例1～2中一种具有识字能力的双足移动机器人系统的系统流程图。

附图标记说明：1-机身；2-髋关节模块；21-髋关节支架；22-髋关节驱动电机；3-膝关节模块；31-连接架；32-膝关节支架；33-膝关节驱动电机；4-踝关节模块；41-述踝关节组件；411-第一踝关节支架；412-第二踝关节支架；413-脚掌块；414-脚掌驱动电机；42-踝关节驱动电机；5-下肢固定架；6-连接孔；7-安装孔；8-固定孔；9-处理器模块；10-舵机控制模块；11-图像采集单元；12-图像文字识别单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，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用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

如图1～4所示的一种具有识字能力的双足移动机器人系统，其包括机器人本体；所述机器人本体上设有处理器模块9、舵机控制模块10和文本处理模块；所述舵机控制模块9和所述文本处理模块分别与所述处理器模9块通信连接；所述文本处理模块包括图像采集单元11、图像文本识别单元12和文字数据库；所述图像采集单元11对自然场景进行采集并将场景图像发送至所述图像文本识别单元11；所述图像文字识别单元12通过所述文字数据库对图像中的文字进行识别，并通过数据信息传输方式将文字数据信息传输至所述处理器模块9，所述处理器模块9将文字数据信息转换成控制信号并输送至舵机控制模块10。

其中，所述机器人本体上还设有用于存储机器人执行动作信息的执行操作数据库；所述执行操作数据库分别与所述处理器模块9和所述图像文本识别单元12通信连接。

其中，所述机器人本体包括机身1及连接于所述机身1上的下肢机构；所述下肢机构包括由上之下依次连接的髋关节模块2、膝关节模块3和踝关节模块4；所述髋关节模块2包括髋关节支架21和用于驱动所述髋关节支架21绕y轴转动的髋关节驱动电机22；所述膝关节模块3包括与所述髋关节支架21连接的连接架31、膝关节支架32和驱动所述膝关节支架32绕x轴转动的膝关节驱动电机33；所述膝关节驱动电机33的本体与所述膝关节支架32连接，所述膝关节驱动电机33的输出端与所述连接架31连接；所述踝关节模块4包括踝关节组件41和驱动所述踝关节组件41绕x轴转动的踝关节驱动电机42；所述踝关节驱动电机的本体42与所述膝关节支架32连接，所述踝关节驱动电机42的输出端与所述踝关节组件41连接。

其中，所述踝关节组件41包括第一踝关节支架411、第二踝关节支架412、脚掌块413和用于控制所述脚掌块413绕y轴转动的脚掌驱动电机414；所述第一踝关节支架411与所述踝关节驱动电机42的输出端连接；所述第二踝关节支架412与所述第一踝关节支架411连接；所述脚掌驱动电机414的本体与所述脚掌块413连接，所述脚掌驱动电机414的输出端与所述第二踝关节支架412连接。

本实施例1中，所述机身1的底部设有下肢固定架5；所述髋关节驱动电机22的本体安设于所述下肢固定架5上，所述髋关节驱动电机22的输出端伸出于所述下肢固定架5外；下肢机构包括左下肢组件和右下肢组件；所述左下肢组件和所述右下肢组件呈对称布置；所述髋关节模块2、膝关节模块3和踝关节模块4由上之下依次连接形成所述左下肢组件。

为了使机器人拆装方便，且便于检修，同时满足结构简单，本身实施例1中的所述髋关节支架21、连接架31、第一踝关节支架411和第二踝关节支架412的外轮廓均为u型，且u型底部设有连接孔6，u型的两端上对称设有安装孔7；所述安装孔7内插接有双轴杆；且每个所述双轴杆分别与所述髋关节驱动电机22的输出端、膝关节驱动电机33的输出端、踝关节驱动电机42的输出端和脚掌驱动电机414的输出端传动连接。

其中，为了保证本双足机器人平台装置的稳定性，本实施例1中的所述膝关节支架32包括上膝部和下膝部；所述上膝部的一端与和所述下膝部连接，另一端与所述膝关节驱动电机33的本体连接；所述下膝部远离所述上膝部的一端与所述踝关节驱动电机42的本体连接；所述上膝部的外轮廓和下膝部的外轮廓均为u型，且两者的两端部上均设有固定孔8，并通过螺栓分别与所述膝关节驱动电机33的本体和所述踝关节驱动电机42的本体的连接。

实施例二：

如图1～4所示的一种具有识字能力的双足移动机器人系统，其包括机器人本体；所述机器人本体上设有处理器模块9、舵机控制模块10和文本处理模块；所述舵机控制模块9和所述文本处理模块分别与所述处理器模9块通信连接；所述文本处理模块包括图像采集单元11、图像文本识别单元12和文字数据库；所述图像采集单元11对自然场景进行采集并将场景图像发送至所述图像文本识别单元11；所述图像文字识别单元12通过所述文字数据库对图像中的文字进行识别，并通过数据信息传输方式将文字数据信息传输至所述处理器模块9，所述处理器模块9将文字数据信息转换成控制信号并输送至舵机控制模块10。

其中，所述机器人本体上还设有用于存储机器人执行动作信息的执行操作数据库；所述执行操作数据库分别与所述处理器模块9和所述图像文本识别单元12通信连接。

其中，所述处理器模块9采用pca9685芯片控制所述舵机控制模块10，减少芯片处理器的控制引脚；芯片的选择兼顾了满足双足机器人和图像处理的性能要求和经济成本的问题。

为了提高文字识别能力和效率，本实施例2中，所述图像文本识别单元12采用east文本检测器，它采用了fcn来生成特征图，直接达到倾斜文本检测的目的，已经能够完成在自然场景下文本检测的任务，east在回归文本区域的时候支持包括矩形框、旋转矩形框加旋转角或者任意四边形(四边形四个点)区域检测的标注形式。由于该模型考虑了方向信息，能够适用自然场景任意方向的文本检测。该east模型区别于其他文本检测算法，它仅仅需要通过两个阶段便可对自然场景图像进行文本检测定位：通过基于fcn(全卷积网络)模型对输入的原始图像直接预测文本框位置和抑制生成的文本矩形或者旋转矩形框经过非极大值化来确定最终文本框位置。

其中，所述机器人本体包括机身1及连接于所述机身1上的下肢机构；所述下肢机构包括由上之下依次连接的髋关节模块2、膝关节模块3和踝关节模块4；所述髋关节模块2包括髋关节支架21和用于驱动所述髋关节支架21绕y轴转动的髋关节驱动电机22；所述膝关节模块3包括与所述髋关节支架21连接的连接架31、膝关节支架32和驱动所述膝关节支架32绕x轴转动的膝关节驱动电机33；所述膝关节驱动电机33的本体与所述膝关节支架32连接，所述膝关节驱动电机33的输出端与所述连接架31连接；所述踝关节模块4包括踝关节组件41和驱动所述踝关节组件41绕x轴转动的踝关节驱动电机42；所述踝关节驱动电机的本体42与所述膝关节支架32连接，所述踝关节驱动电机42的输出端与所述踝关节组件41连接。

其中，所述踝关节组件41包括第一踝关节支架411、第二踝关节支架412、脚掌块413和用于控制所述脚掌块413绕y轴转动的脚掌驱动电机414；所述第一踝关节支架411与所述踝关节驱动电机42的输出端连接；所述第二踝关节支架412与所述第一踝关节支架411连接；所述脚掌驱动电机414的本体与所述脚掌块413连接，所述脚掌驱动电机414的输出端与所述第二踝关节支架412连接。

本实施例2中，所述机身1的底部设有下肢固定架5；所述髋关节驱动电机22的本体安设于所述下肢固定架5上，所述髋关节驱动电机22的输出端伸出于所述下肢固定架5外；下肢机构包括左下肢组件和右下肢组件；所述左下肢组件和所述右下肢组件呈对称布置；所述髋关节模块2、膝关节模块3和踝关节模块4由上之下依次连接形成所述左下肢组件。

为了使机器人拆装方便，且便于检修，同时满足结构简单，本身实施例1中的所述髋关节支架21、连接架31、第一踝关节支架411和第二踝关节支架412的外轮廓均为u型，且u型底部设有连接孔6，u型的两端上对称设有安装孔7；所述安装孔7内插接有双轴杆；且每个所述双轴杆分别与所述髋关节驱动电机22的输出端、膝关节驱动电机33的输出端、踝关节驱动电机42的输出端和脚掌驱动电机414的输出端传动连接；所述髋关节驱动电机22、膝关节驱动电机33、踝关节驱动电机42和脚掌驱动电机414组成所述舵机控制模块。

其中，为了保证本双足机器人平台装置的稳定性，本实施例2中的所述膝关节支架32包括上膝部和下膝部；所述上膝部的一端与和所述下膝部连接，另一端与所述膝关节驱动电机33的本体连接；所述下膝部远离所述上膝部的一端与所述踝关节驱动电机42的本体连接；所述上膝部的外轮廓和下膝部的外轮廓均为u型，且两者的两端部上均设有固定孔8，并通过螺栓分别与所述膝关节驱动电机33的本体和所述踝关节驱动电机42的本体的连接。

本实施例2中，髋关节驱动电机22、膝关节驱动电机33、踝关节驱动电机42和脚掌驱动电机414均采用舵机，双足式移动机器人有多个关节，考虑到本机器人平台装置为小型机器人，需要关节舵机的体积小、控制精度高便于达到预定的位姿、输出稳定可靠、便于控制，通过查询、比较和筛选不同款式的数字舵机，关节驱动电机选用ldx-218移动机器人专用的数字舵机，转动角度有180°，堵转转矩：15kg.cm6.6v；17kg.cm7.4v。

此外，本实施例2中，集成电路采用树莓派3b微型电脑，同时该微型电脑能够运行python，支持进行场景文本检测与识别。图像采集单元采用ov5642cmos500w摄像头，移动机器人整体机构由dc-12480-5锂电池组提供电源，可以输出12v3a/5v2a，循环寿命达到1000次，具有短路保护，过放保护，过流保护等功能。12v电源通过lm317转换7.4v电源，直接驱动数字舵机运转。5v电压输出口直接为芯片bcm2837提供芯片电压及逻辑电平。外围芯片(pca9685)通过树莓派提供的3.3v接口获取工作电压和逻辑电平。

采用ldx218数字舵机，充当双足机器人的关节舵机，考虑到拟人双足式由髋关节驱动电机22、膝关节驱动电机33、踝关节驱动电机42和脚掌驱动电机414，双足共8个关节舵机组成。处理器模块9使用pca9685芯片电路，能够独立输出最多16路pwm信号，而且只需要占用芯片两个i2c接口便可完成对8个关节舵机的独立控制。关节舵机之间的连杆选用硬铝合金板，具有质量轻，强度高的特点，降低机器人重量对关节舵机的负荷。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。