机器人头部控制方法、装置及电子设备与流程

1.本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人头部控制方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.随着人工智能技术的迅速发展，机器人已经应用到诸多领域。在实际应用过程中，当机器人与某一目标对象进行交互时，需要转动机器人的头部，使得云台正对着目标对象，从而实现与该目标对象之间的交互。
3.而在现有技术中，大多是使用底盘转动的方式实现机器人正对目标对象，也即是整体将机器人扭转至目标对象所在方向，可见，现有技术缺乏对于机器人头部转动的精细化控制方案，导致机器人头部转动的灵活性不佳。


技术实现要素：

4.鉴于上述，本发明旨在提供一种机器人头部控制方法、装置及电子设备，以解决目前以底盘转动方式实现机器人头部朝向目标对象的弊端。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供了一种机器人头部控制方法，其中包括：
7.上电后，检测机器人头部的当前位置；
8.将所述当前位置与预设的初始位置进行对比；
9.若所述当前位置与所述初始位置不符，则单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使机器人头部转动到所述初始位置；
10.实时监测待交互的目标对象；
11.当监测到所述目标对象时，确定所述目标对象的位置信息；
12.将所述位置信息与当前的中心区域进行比对，其中所述中心区域表征机器人头部的正面朝向区域；
13.若所述位置信息与所述中心区域不符，则单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使所述目标对象位于所述中心区域范围；
14.在交互结束后，单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使机器人头部复位至所述初始位置。
15.在其中至少一种可能的实现方式中，所述使机器人头部复位至所述初始位置包括：
16.当交互结束且未监测到其他待交互的目标对象时，若机器人头部不在所述初始位置，则开始计时；
17.在计时过程中，判断是否超过预设的时间阈值；
18.若超时，则控制机器人头部复位至所述初始位置。
19.在其中至少一种可能的实现方式中，所述时间阈值包括机器人头部静止时间。
20.在其中至少一种可能的实现方式中，所述将所述位置信息与当前的中心区域进行
比对包括：
21.当所述目标对象的位置处于所述中心区域的预设公差范围内，则判定所述位置信息与所述中心区域相符；否则，判定所述位置信息与所述中心区域不符。
22.在其中至少一种可能的实现方式中，所述控制方法还包括：在单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转过程中，实时检测机器人头部的当前水平位置以及当前垂直位置。
23.第二方面，本发明提供了一种机器人头部控制装置，其中包括：
24.当前位置检测模块，用于上电后，检测机器人头部的当前位置；
25.初始位置比对模块，用于将所述当前位置与预设的初始位置进行对比；
26.头部二维控制模块，用于当所述初始位置比对模块输出为所述当前位置与预设的初始位置不符时，单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使机器人头部转动到所述初始位置；
27.目标对象监测模块，用于实时监测待交互的目标对象；
28.目标位置计算模块，用于当监测到所述目标对象时，确定所述目标对象的位置信息；
29.头部朝向比对模块，用于将所述位置信息与当前的中心区域进行比对，其中所述中心区域表征机器人头部的正面朝向区域；
30.所述头部二维控制模块，还用于当所述头部朝向比对模块输出为所述位置信息与所述中心区域不符时，单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使所述目标对象位于所述中心区域范围；
31.所述头部二维控制模块，还用于在交互结束后，单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使机器人头部复位至所述初始位置。
32.在其中至少一种可能的实现方式中，所述头部二维控制模块包括头部复位单元，所述头部复位单元具体包括：
33.计时组件，用于当交互结束且未监测到其他待交互的目标对象时，若机器人头部不在所述初始位置，则开始计时；
34.超时检测组件，用于在计时过程中，判断是否超过预设的时间阈值；
35.头部二维控制组件，用于当所述超时检测组件输出为超时，控制机器人头部复位至所述初始位置。
36.在其中至少一种可能的实现方式中，所述控制装置还包括：头部姿态检测模块，用于在单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转过程中，实时检测机器人头部的当前水平位置以及当前垂直位置。
37.第三方面，本发明提供了一种电子设备，其中包括：
38.一个或多个处理器、存储器以及一个或多个计算机程序，所述存储器可以采用非易失性存储介质，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，所述一个或多个计算机程序包括指令，当所述指令被所述设备执行时，使得所述设备执行如第一方面或者第一方面的任一可能实现方式中的所述方法。
39.本发明的主要构思在于，机器人上电后独立控制头部进行二维运动使其位置初始化，同时监测有无待交互的目标对象，当监测到交互对象时，求取目标对象所在位置的信
息，并将目标对象位置与机器人头部预设的中心区域进行比对，以通过二维独立运动机制调控机器人头部正对目标对象，并且，在本轮交互结束后，再次单独控制机器人头部进行水平和/或垂直二维运动使其头部复位至初始位置以待下一轮交互。本发明实现了对机器人头部的精细控制，能够独立地使机器人头部进行目标跟随及姿态调控，而不再需要旋转机器人底盘进行朝向控制，因此在灵活调控机器人面部朝向的同时，大幅改善了用户交互体验。
附图说明
40.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
41.图1为本发明提供的机器人头部控制方法的实施例的流程图；
42.图2为本发明提供的机器人头部控制装置的实施例的示意图；
43.图3为本发明提供的电子设备的实施例的示意图。
具体实施方式
44.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
45.本发明提出了如下至少一种机器人头部控制方法的实施例，如图1所示的，具体可以包括：
46.步骤s1、上电后，检测机器人头部的当前位置。
47.在实际操作中，还可以先对机器人相关模块进行初始化，然后由机器人的控制模块通过设于头部的水平位置传感器和垂直位置传感器监测机器人头部的当前位置。
48.步骤s2、将所述当前位置与预设的初始位置进行对比。
49.具体判断当前机器人头部是否处于初始位置，可以是由前述控制模块通过将当前位置信息与预设的初始位置信息进行对比，这里所述初始位置信息可以基于不同的机器人进行设定，如果是拟人造型的机器人则可将与躯干对中且面向正前方的头部位置设定为初始位置，当然，不同的机器人类型和应用场景，可以设定不同的初始位置，对此本发明不作赘述。
50.步骤s3、若所述当前位置与所述初始位置不符，则单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使机器人头部转动到所述初始位置。
51.具体来说，此过程实质包括两个步骤10的处理结果：(1)若机器人头部位置不在初始位置，则可以由控制模块使能机器人的头部水平电机和/或头部垂直电机，以控制机器人头部运动，且当头部位置运动到初始位置后，停止头部运动；(2)若机器人头部位置当前正处于初始位置，则跳过本次控制，进入下一步。
52.步骤s4、实时监测待交互的目标对象。
53.这里可以说明的，前述步骤皆可以认为是机器人头部姿态的初始化环节，而在初始化完成或初始化调整过程中，可以按序或并行执行对交互对象的监测，即识别当前场景有无待与机器人发生交互的目标对象，这里的目标对象不限于人，也可以是指其他计算设
备、机器人等，而交互触发方式则可以参考现有的成熟技术，例如唤醒本机器人、以多模态下发交互指令等，对此本发明不作赘述。而需要说明的是，在实际操作中，可由应用模块通过监测传感器(例如但不限于视觉图像检测、音频定位分析等)识别出目标对象。
54.步骤s5、当监测到所述目标对象时，确定所述目标对象的位置信息。
55.在实际操作中，可由前述应用模块基于监测传感器的输入数据进行位置计算，从而确定目标对象的位置信息，例如但不限于方位信息、高度信息，并且可以理解地，可以根据目标对象的面部、声源等特征，进一步计算并锁定到更为精准的目标对象的所在位置。
56.步骤s6、将所述位置信息与当前的中心区域进行比对。
57.在实际操作中，可继续由前述应用模块将前步计算得到的目标对象的位置信息与机器人的中心区域进行对比，其中，这里所述中心区域表征机器人头部的正面朝向区域，也即是预先标定出机器人头部正前方的一定空间范围为所述中心区域，当然，标定的方式和结果可根据不同的机器人类型进行设定，例如但不限于，具有拟人化面部或拟动物面部的机器人，可将其鼻部或眼部或嘴部等所对应的空间范围确定为所述中心区域，并且进一步可以说明的是，在实际应用中可为中心区域设定一个公差阈值(例如以机器人双眼间距对应空间为中心区域的同时，在左右眼外侧再延伸2
°
～5
°
作为公差范围)，这样，如果所述目标对象的位置处于所述中心区域的预设公差范围内，皆可以判定所述目标对象的位置与所述中心区域相符；否则，可以判定所述位置信息与所述中心区域不符。
58.步骤s7、若所述位置信息与所述中心区域不符，则单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使所述目标对象位于所述中心区域范围。
59.结合前文，在实际操作中，控制模块在接收应用模块的比对结果及指令后，使能头部水平电机和/或头部垂直电机控制头部运动，将机器人头部动态调整至与目标对象相对应，也即是使目标对象落在前述中心区域(及其公差)范围内。这里还可以指出的是，在本轮交互过程中，可以自适应地根据目标对象位置的改变，持续监测并调整机器人头部的姿态角度，例如监测传感器检测到目标对象在交互时移动到另一位置，则可以实时计算出新的用户位置信息，并按上述方式通过水平和/或垂直二维控制机制，调整机器人头部的正面朝向。
60.步骤s8、在交互结束后，单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使机器人头部复位至所述初始位置。
61.在本轮交互结束后，控制模块可使机器人头部再次归位到前述初始位置，以待下一轮交互或者进入下电流程。在实际操作中，可以采用如下构思予以实现：当本轮交互结束且未监测到其他待交互的目标对象时，若此时机器人头部不在所述初始位置，则开始计时，在计时过程中，判断是否超过预设的时间阈值(可预先设定在该场景下机器人头部静止时间，如5～10秒)；若该静止姿态超过前述时间阈值，则由控制模块通过二维运动调控机制控制机器人头部复位至前文提及的初始位置。
62.最后，还可以补充说明的是，在前述初始化、目标跟随、复位等阶段单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转的过程中，可以实时通过设于机器人头部的水平位置传感器和垂直位置传感器检测机器人头部的当前水平位置以及当前垂直位置，用以决策运转停止时机。具体地，在确定目标对象所在的水平位置信息后，可根据机器人头部的正面朝向与目标对象之间的水平相对角度，控制机器人头部云台朝目标对象的方向水平转动，此
过程持续监测机器人头部的水平位置变化，直至机器人头部的正面面向目标对象为止；与此同时，在确定目标对象所在的垂直位置信息后，可根据机器人头部的正面朝向与目标对象之间的垂直相对角度，控制机器人头部云台朝目标对象的方向垂直转动，此过程持续监测机器人头部的垂直位置变化，直至机器人头部的正面面向目标对象为止。
63.综上所述，本发明的主要构思在于，机器人上电后独立控制头部进行二维运动使其位置初始化，同时监测有无待交互的目标对象，当监测到交互对象时，求取目标对象所在位置的信息，并将目标对象位置与机器人头部预设的中心区域进行比对，以通过二维独立运动机制调控机器人头部正对目标对象，并且，在本轮交互结束后，再次单独控制机器人头部进行水平和/或垂直二维运动使其头部复位至初始位置以待下一轮交互。本发明实现了对机器人头部的精细控制，能够独立地使机器人头部进行目标跟随及姿态调控，而不再需要旋转机器人底盘进行朝向控制，因此在灵活调控机器人面部朝向的同时，大幅改善了用户交互体验。
64.相应于上述各实施例及优选方案，本发明还提供了一种机器人头部控制装置的实施例，如图2所示，具体可以包括如下部件(下述模块与前文示例提及的控制模块、应用模块等属不同概念)：
65.当前位置检测模块1，用于上电后，检测机器人头部的当前位置；
66.初始位置比对模块2，用于将所述当前位置与预设的初始位置进行对比；
67.头部二维控制模块3，用于当所述初始位置比对模块输出为所述当前位置与预设的初始位置不符时，单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使机器人头部转动到所述初始位置；
68.目标对象监测模块4，用于实时监测待交互的目标对象；
69.目标位置计算模块5，用于当监测到所述目标对象时，确定所述目标对象的位置信息；
70.头部朝向比对模块6，用于将所述位置信息与当前的中心区域进行比对，其中所述中心区域表征机器人头部的正面朝向区域；
71.所述头部二维控制模块3，还用于当所述头部朝向比对模块输出为所述位置信息与所述中心区域不符时，单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转，以使所述目标对象位于所述中心区域范围；
72.所述头部二维控制模块，还用于在交互结束后，单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转3，以使机器人头部复位至所述初始位置。
73.在其中至少一种可能的实现方式中，所述头部二维控制模块包括头部复位单元，所述头部复位单元具体包括：
74.计时组件，用于当交互结束且未监测到其他待交互的目标对象时，若机器人头部不在所述初始位置，则开始计时；
75.超时检测组件，用于在计时过程中，判断是否超过预设的时间阈值；
76.头部二维控制组件，用于当所述超时检测组件输出为超时，控制机器人头部复位至所述初始位置。
77.在其中至少一种可能的实现方式中，所述控制装置还包括：头部姿态检测模块，用于在单独控制机器人头部进行水平旋转和/或垂直旋转过程中，实时检测机器人头部的当
前水平位置以及当前垂直位置。
78.应理解以上图2所示的机器人头部控制装置可中各个部件的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些部件可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分部件以软件通过处理元件调用的形式实现，部分部件通过硬件的形式实现。例如，某个上述模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在电子设备的某一个芯片中实现。其它部件的实现与之类似。此外这些部件全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个部件可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
79.例如，以上这些部件可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(application specific integrated circuit；以下简称：asic)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor；以下简称：dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(field programmable gate array；以下简称：fpga)等。再如，这些部件可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip；以下简称：soc)的形式实现。
80.综合上述各实施例及其优选方案，本领域技术人员可以理解的是，在实际操作中，本发明所涉及的技术构思可适用于多种实施方式，本发明以下述载体作为示意性说明：
81.(1)一种电子设备。该设备具体可以包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，所述一个或多个计算机程序包括指令，当所述指令被所述设备执行时，使得所述设备执行前述实施例或者等效实施方式的步骤/功能。
82.该电子设备具体可以为与计算机相关的电子设备，例如但不限于机器人控制核心、机器人遥控平台、后台服务器等。
83.图3为本发明提供的电子设备的实施例的结构示意图，具体地，电子设备900包括处理器910和存储器930。其中，处理器910和存储器930之间可以通过内部连接通路互相通信，传递控制和/或数据信号，该存储器930用于存储计算机程序，该处理器910用于从该存储器930中调用并运行该计算机程序。上述处理器910可以和存储器930可以合成一个处理装置，更常见的是彼此独立的部件，处理器910用于执行存储器930中存储的程序代码来实现上述功能。具体实现时，该存储器930也可以集成在处理器910中，或者，独立于处理器910。
84.除此之外，为了使得电子设备900的功能更加完善，该设备900还可以包括输入单元960、显示单元970、音频电路980、摄像头990和传感器901等中的一个或多个，所述音频电路还可以包括扬声器982、麦克风984等。其中，显示单元970可以包括显示屏。
85.进一步地，上述设备900还可以包括电源950，用于给该设备900中的各种器件或电路提供电能。
86.应理解，该设备900中的各个部件的操作和/或功能，具体可参见前文中关于方法、系统等实施例的描述，为避免重复，此处适当省略详细描述。
87.应理解，图3所示的电子设备900中的处理器910可以是片上系统soc，该处理器910中可以包括中央处理器(central processing unit；以下简称：cpu)，还可以进一步包括其他类型的处理器，例如：图像处理器(graphics processing unit；以下简称：gpu)等，具体
在下文中再作介绍。
88.总之，处理器910内部的各部分处理器或处理单元可以共同配合实现之前的方法流程，且各部分处理器或处理单元相应的软件程序可存储在存储器930中。
89.(2)一种计算机数据存储介质，在该存储介质上存储有计算机程序或上述装置，当计算机程序或上述装置被执行时，使得计算机执行前述实施例或等效实施方式的步骤/功能。
90.在本发明所提供的几个实施例中，任一功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机数据取存储介质中。基于这样的理解，本发明的某些技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以如下所述软件产品的形式体现出来。
91.尤其需指出的是，该存储介质可以是指服务器或相类似的计算机设备，具体地，也即是服务器或类似的计算机设备中的存储器件中存储有前述计算机程序或上述装置。
92.(3)一种计算机程序产品(该产品可以包括上述装置)，该计算机程序产品在终端设备上运行时，使终端设备执行前述实施例或等效实施方式的机器人头部控制方法。
93.通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述计算机程序产品可以包括但不限于是指app。
94.接续前文，上述设备/终端可以是一台计算机设备，并且，该计算机设备的硬件结构还可以具体包括：至少一个处理器，至少一个通信接口，至少一个存储器和至少一个通信总线；处理器、通信接口、存储器均可以通过通信总线完成相互间的通信。其中，处理器可能是一个中央处理器cpu、dsp、微控制器或数字信号处理器，还可包括gpu、嵌入式神经网络处理器(neural-network process units；以下简称：npu)和图像信号处理器(image signal processing；以下简称：isp)，该处理器还可包括特定集成电路asic，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等，此外，处理器可以具有操作一个或多个软件程序的功能，软件程序可以存储在存储器等存储介质中；而前述的存储器/存储介质可以包括：非易失性存储器(non-volatile memory)，例如非可移动磁盘、u盘、移动硬盘、光盘等，以及只读存储器(read-only memory；以下简称：rom)、随机存取存储器(random access memory；以下简称：ram)等。
95.本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示单独存在a、同时存在a和b、单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
96.本领域技术人员可以意识到，本说明书中公开的实施例中描述的各模块、单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方式来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
97.以及，其中作为分离部件说明的模块、单元等可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个地方，例如系统网络的节点上。具体可根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块、单元来实现上述实施例方案的目的。本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
98.以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。