一种机器人系统及基于机器人系统的人体探测和跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种机器人系统，尤其是设及一种具备人体探测和跟踪功能的机器人 系统；本发明还设及一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技和社会的进步，安防技术得到了快速发展，并在企事业单位及家庭的安 防系统中得W广泛应用。据统计，在全球范围内，2015年安防行业的产值将达5000亿元。 传统的安防工作主要采取固定摄像装置监控加人力值班巡逻的模式，该种方式在对较大区 域进行监控时需要购置大量的摄像装置，设备投入较高，而且该种模式灵活性较差，很难实 现无死角监控的目的，该就需要通过安排安保人员轮流巡逻W弥补不足。但近年来，随着人 力成本的不断上升，致使各企事业单位在安防工作方面的投入成本也在不断加大，影响了 经济效益。
[0003] 基于传统安防工作模式存在的问题和不足，现阶段本领域正在研究和探索"固定 摄像头+中控室+机器人巡逻"的安防工作模式，利用机器人代替安保人员执行24小时巡 逻任务，W增强安防效果，节约人力成本，还可W通过机器人实施报警、考勤、迎宾工作，提 高友好度。在机器人代替安保人员执行安防任务的过程中，人是其需要打交道的重要对象， 包括主人、客人W及非法入侵者等多种角色，该就要求其具备能够准确地探测、跟踪人体的 能力。
[0004] 目前，在人体探测领域应用的技术主要包括W下几种；（1)基于图像处理的技术， 其通过摄像头采集图像，再通过特征提取与识别的方法检测并定位人体。基于固定摄像头 的安防技术相对较为成熟，但移动摄像头的图像识别准确率偏低，难W满足机器人移动巡 逻的使用要求。（2)基于被动式红外摄像头的技术，该种摄像头通过红外线可W准确地探 测到人体等发热物体，适用于野外场景，但其价格昂贵、条件要求较高，主要用于军事。（3) 基于人体感应开关的技术，人体感应开关灵敏度较高，能够检测一定区域内（例如，检测角 度120度左右，距离0~10米左右的区域）的移动人体，但体感应开关只能探测一定区域 内是否存在人体，而不能实现准确定位，其常被用于自动口、走廊灯等场景。（4)基于Kinet 等体感类设备的技术，Kinect是微软推出的甜0x360游戏机体感设备，具备采集深度图像 的能力，通过特定算法可W实时地检测到距离0~4米、53°范围内的人体，并能确定人体 的精确位置和姿势，Kinect目前主要用于体感交互、游戏控制、机器导航等领域。尽管目前 已有众多人体探测的技术，但单一地将其应用于移动机器人，代替安保人员执行安防工作， 很难满足机器人需要精确地探测到人体并实现跟踪的需要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种机器人系统及基于该机器人系统的人体探测和跟踪方 法，机器人系统具有实施容易、安全可靠、准确率高的优点；基于该机器人系统的人体探测 和跟踪方法具有容易实现、执行效率高的优点；通过本发明可W使机器人系统实现360° 无死角的人体探测和跟踪目的。
[0006] 为解决现有技术中基于单一人体探测技术不适用于移动机器人，不能实现精确探 测和跟踪人体的技术问题，本发明提供的一种机器人系统包括设有移动功能机构的机器人 本体，还包括由多个人体感应开关组成的人体感应开关阵列，和一个体感摄像装置，其中多 个人体感应开关安装在机器人本体上并沿机器人本体的周向均匀分布，其中体感摄像装置 安装在机器人本体上并处于人体感应开关阵列的上方。
[0007] 优选地，本发明提供的一种机器人系统，其中所述人体感应开关阵列包含四个人 体感应开关，四个人体感应开关距离地面的高度均为0. 75m，所述体感摄像装置距离地面的 高度为Im，体感摄像装置的拍摄角度成水平状态设置。
[000引本发明还提供了一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，包括W下步骤：
[0009] 一、启动机器人系统进行监控，让体感摄像装置和人体感应开关阵列中的所有人 体感应开关均处于正常工作状态；
[0010] 二、人体感应开关阵列中的各个人体感应开关对其各自探测角度度范围内的区域 进行探测，并根据是否探测到人体产生相应的输出信号，所有人体感应开关的输出信号按 顺序组合构成人体感应开关阵列的输出信号集合；
[0011] =、体感摄像装置对其探测角度范围内的区域进行探测，并根据是否探测到人体 产生相应的输出信号；
[0012] 四、根据人体感应开关阵列的输出信号集合和体感摄像装置的输出信号，机器人 本体做特定的动作W实现人体探测和跟踪目的，所述特定动作包括静止、旋转和移动=种 动作状态。
[0013] 进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，在所述步 骤四中，具体包括W下步骤：
[0014] (一）当人体感应开关阵列和体感摄像装置均没有探测到人体时，机器人本体保 持静止状态；
[0015] (二）当人体感应开关阵列探测到人体，而体感摄像装置没有探测到人体时，根据 人体感应开关阵列的输出信号集合确定人体所处的角度范围，机器人本体据此做相应的旋 转和移动动作；
[0016] (=)当人体感应开关阵列和体感摄像装置均探测到人体时，根据体感摄像装置 的输出信号确定人体的精确位置，机器人本体据此做相应的旋转和移动动作。
[0017] 进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，在所述步 骤（二）中，机器人本体做相应的旋转和移动动作遵循W下规则：
[0018] 机器人本体做旋转动作，使人体处于体感摄像装置的探测角度范围内；
[0019] 机器人本体做相对于人体方向的移动动作，使人体处于体感摄像装置的探测距离 范围内。
[0020] 进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，在所述步 骤（=)中，机器人本体做相应的旋转和移动动作遵循W下规则：
[0021] 机器人本体做旋转动作，使人体处于体感摄像装置正前方的方向；
[0022] 机器人本体做相对于人体方向的移动动作，当机器人本体和人体之间的距离达到 预定值后，机器人本体停止移动。
[0023] 进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其中所述 根据人体感应开关阵列的输出信号集合确定人体所处的角度范围，遵循W下判断规则：
[0024] ①护中有且仅有第n个元素的值为1时，则认为人体处于该元素对应的人体感应 开关的探测角度范围内，
[0025] 0G[Qn-A/2,an+A/引 山
[0026] ②护中有且仅有第n和第n+1两个相邻元素的值为1时，则认为人体处于该两个 元素对应的两个人体感应开关的探测角度范围的重叠区域内，
[0027] 0G[aw-A/2,Qn+A/2] [2]
[0028] ⑨护中有两个不相邻的元素的值为1或S个W上的元素的值为1时，滤除Bt和 两个集合中元素值同为1的元素后，再依据①或②的规则判断人体所处方位角度范围；
[0029] ④前述S种情况均不符合时，则认为人体所处方位角度范围为，
[0030] 0G[0,360] 閒
[0031] 在上述①、②、⑨、④项和公式山、口]、口]中，护二[明，巧，…，瑞棱人体感 应开关阵列在t时刻的输出信号集合，护-1 =齡-1，的-1，…，瑞-1]表示人体感应开关 阵列在t-1时刻的输出信号集合，0表示人体所处角度范围，a。表示人体感应开关阵列中 第n个人体感应开关在W机器人本体为原点的坐标系中的安装位置角度，A表示人体感应 开关的探测角度范围，Bt和B集合中的某个元素的值为0时，表示该元素对应的人体感应 开关的探测角度范围内没人，某个元素的值为1时，则表示该元素对应的人体感应开关的 探测角度范围内有人；0e[0,360]时，表示人体所处的方位角度范围无法直接判断。
[0032] 进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其中所述 根据体感摄像装置的输出信号确定人体的精确位置，遵循W下规则：
[0033] ⑥人体相对于体感摄像装置正前方的方位角度为，
[0034] |3 =arctan(x/y) [4]
[00巧]⑧人体相对于机器人本体的距离为，
[0036]
巧]
[0037]在上述⑥、⑧项和公式[4]、[5]中，X和y分别表示人体在W机器人本体为原点的 =维坐标系中的X坐标值和y坐标值，其中X和y够成