TWI416071B - 利用手機控制兩足式機器人的系統及方法 - Google Patents

Description

利用手機控制兩足式機器人的系統及方法

本發明涉及一種利用手機控制兩足式機器人的系統及方法。

機器人是指能自動執行任務的人造機器裝置。機器人可接受人類指揮，執行預先編排的程式，也可以根據人工智慧技術制定的原則綱領行動。機器人執行的是取代或協助人類工作，例如製造業、建築業，或是危險的工作。

對於機器人來說，其行走路徑規劃是機器人領域的技術人員首要關心的問題。特別是，準確地沿一個預定路徑行走，以及平穩和可靠地實現直線和曲線路徑之間的過渡是機器人必須具有的能力。目前，人類已經開發出了兩種類型的行走機器人，即用輪子滾動行走的輪式機器人和用足行走的兩足式機器人。對於輪式機器人，其行走裝置比較簡單、經濟且較易控制。因此，目前廣泛使用的仍然是輪式機器人。對於兩足式機器人，目前的行走方式只能在平地上行走，對於崎嶇不平的地面，很容易使兩足式機器人摔跤。而且對於目前的機器人，由於控制信號的限制，只能在近距離進行控制。

鑒於以上內容，有必要提供一種利用手機控制兩足式機器人的系統及方法，其可穩定的控制兩足式機器人行走，並可進行遠距離控制。

一種利用手機控制兩足式機器人的系統，該手機包括全球定位系統，該系統包括：獲取模組，用於獲取兩足式機器人行走路線的全程地圖，以及透過全球定位系統獲取兩足式機器人在所述之全程地圖上的當前位置；設置模組，用於在所述之全程地圖上設置兩足式機器人行走的目的地位置；計算模組，用於根據所述之全程地圖計算從當前位置行走至目的地位置的最佳行走路徑，以及根據該最佳行走路徑計算兩足式機器人應踩下的所有腳掌位置；及控制模組，用於控制兩足式機器人走向尚未踏下的腳掌位置，直至走至目的地位置為止。

一種利用手機控制兩足式機器人的方法，該方法包括如下步驟：獲取兩足式機器人行走路線的全程地圖：透過手機內的全球定位系統獲取兩足式機器人在所述之全程地圖上的當前位置；在所述之全程地圖上設置兩足式機器人行走的目的地位置；根據所述之全程地圖計算從當前位置行走至目的地位置的最佳行走路徑；根據該最佳行走路徑計算兩足式機器人應踩下的所有腳掌位置；及控制兩足式機器人走向尚未踏下的腳掌位置，直至走至目的地位置為止。

相較於習知技術，所述之利用手機控制兩足式機器人的系統及方法利用手機內建的全球定位系統來穩定的控制兩足式機器人行走，並可在遠端工作站利用手機無線通訊網絡控制該兩足式機器人 。

1‧‧‧兩足式機器人

2‧‧‧網路

3‧‧‧遠端工作站

11‧‧‧手持

120‧‧‧全球定位系統

130‧‧‧拍照設備

111‧‧‧獲取模組

112‧‧‧處理模組

113‧‧‧設置模組

114‧‧‧計算模組

115‧‧‧拍攝模組

116‧‧‧控制模組

117‧‧‧判斷模組

118‧‧‧求救模組

S11‧‧‧獲取兩足式機器人行走路線的全程地圖

S12‧‧‧對所獲取的全程地圖進行影像數位處理

S13‧‧‧獲取兩足式機器人的當前位置

S14‧‧‧設置兩足式機器人行走的目的地位置

S15‧‧‧計算從當前位置行走至目的地位置的最佳行走路徑

S16‧‧‧計算兩足式機器人應踩下的所有腳掌位置

S17‧‧‧拍攝兩足式機器人尚未踏下的下一步腳掌位置的地形圖

S18‧‧‧對該下一步腳掌位置的地形圖進行影像數位處理

S19‧‧‧計算出兩足式機器人下一步腳掌應踩下的角度

S20‧‧‧控制兩足式機器人走至下一步腳掌位置

S21‧‧‧是否成功走至下一步腳掌位置

S22‧‧‧是否走至目的地位置

S23‧‧‧發出求救信號至遠端工作站求救

圖1係本發明利用手機控制兩足式機器人的系統的較佳實施例的系統架構圖。

圖2係圖1中手機的功能模組圖。

圖3係本發明利用手機控制兩足式機器人的方法較佳實施例的流程圖。

圖4係經過處理後的全程地圖的示意圖。

圖5係全程地圖中當前位置與目的地位置的示意圖。

圖6係最佳行走路徑的示意圖。

如圖1所示，係本發明利用手機控制兩足式機器人的系統的較佳實施例的系統架構圖。該系統架構包括有兩足式機器人1，網路2及遠端工作站3。所述之兩足式機器人1身上裝置有手機11。該手機11透過網路2與遠端工作站3進行互聯。使用者可以在遠端工作站3上透過網路2控制手機11，進而控制兩足式機器人1的行走，並透過該手機11獲取兩足式機器人1所探測到的資訊，比如現場影像、照片或聲音等。

所述之網路2是一種手機無線通訊網絡，比如全球移動通信系統(global system for mobile communication，GSM)網路或碼分多址(code division multiple access，CDMA)網路。

所述之遠端工作站3可以是任何能與手機11進行無線通訊的設備，包括手機、電腦、個人數位助理(personal digital assistant，PDA)等。

如圖2所示，係圖1中手機的功能模組圖。所述之手機11包括有全球定位系統(global position system，GPS)120和拍照設備130。所述之GPS系統120用於對兩足式機器人1進行定位，獲取兩足式機器人1的當前位置。所述之拍照設備130用於拍攝兩足式機器人1的行走路徑的地形。在本較佳實施例中，所述之拍照設備130也可以是兩足式機器人1自帶的拍照設備。

所述之手機11還包括獲取模組111、處理模組112、設置模組113、計算模組114、拍攝模組115、控制模組116、判斷模組117及求救模組118。

所述之獲取模組111，用於獲取兩足式機器人1行走路線的全程地圖。所述之全程地圖可以事先儲存於所述之手機11的記憶體中，相應的獲取模組111直接從其記憶體11中獲取該全程地圖。所述之獲取模組111還可以透過網路2從網際網路中獲取所需的全程地圖的示意圖。

所述之處理模組112，用於對所獲取的全程地圖進行影像數位處理。所述之對所獲取的全程地圖進行影像數位處理包括：將所獲取的全程地圖轉換成黑白色；根據該全程地圖的解析度將其按照行與列分割成網格形式；取每個網格內色階平均值作為該網格的色階值。如圖4所示，為經過處理模組112處理後的全程地圖。

所述之獲取模組111還用於透過GPS系統120獲取兩足式機器人1在所述之全程地圖上的當前位置。如圖5所示，為全程地圖中當前位置與目的地位置的示意圖。其中，A點為兩足式機器人1在全程地圖上的當前位置，B點為兩足式機器人1在全程地圖上行走的目的地位置。

所述之設置模組113，用於在所述之全程地圖上設置兩足式機器人1行走的目的地位置。

所述之計算模組114，用於根據所述之全程地圖計算從當前位置行走至目的地位置的最佳行走路徑，以及根據該最佳行走路徑計算兩足式機器人1應踩下的所有腳掌位置。在本較佳實施例中，所述之最佳行走路徑是根據全程地圖上各網格的色階值計算的。如圖6所示，為計算模組114計算的最佳行走路徑的示意圖。該最佳行走路徑為A、B兩點之間的最短距離，且包含該最佳行走路徑的各網格中，相鄰兩網格之間的色階值應當是最相近的。在本較佳實施例中，所述之所有腳掌位置是根據所述之最佳行走路徑以及兩足式機器人1的腳掌大小進行計算的，所計算的各腳掌位置均應當位於最佳行走路徑的兩邊一定範圍內，分別為左腳腳掌位置和右腳腳掌位置，而且相鄰的左腳腳掌位置與右腳腳掌位置之間的距離應當小於兩足式機器人1兩腳所能跨越的最大範圍。

所述之拍攝模組115，用於透過拍照設備130拍攝兩足式機器人1尚未踏下的下一步腳掌位置的地形圖。

所述之處理模組112還用於對該下一步腳掌位置的地形圖進行影 像數位處理。對下一步腳掌位置的地形圖進行的影像數位處理包括：將下一步腳掌位置的地形圖轉換成黑白色；根據該下一步腳掌位置的地形圖的解析度將其按照行與列分割成網格形式；取每個網格內色階平均值作為該網格的色階值。

所述之計算模組114還用於根據該下一步腳掌位置的地形圖計算出兩足式機器人1下一步腳掌應踩下的角度。所述之下一步腳掌應踩下的角度是根據下一步腳掌位置的地形圖中各網格的色階值進行計算的。例如，所述之計算模組114首先計算下一步腳掌位置的地形圖中的前半部分各網格的色階平均值與下一步腳掌位置的地形圖中的後半部分各網格的色階平均值，然後根據所計算的前半部分各網格的色階平均值與後半部分各網格的色階平均值之間的差異程度計算腳掌位置地形的傾斜角度，再根據該傾斜角度計算下一步腳掌應踩下的角度。

所述之控制模組116，用於控制兩足式機器人1按照下一步腳掌應踩下的角度走至下一步腳掌位置。在本較佳實施例中，所述之下一步腳掌位置包括左腳腳掌位置及右腳腳掌位置。當下一步腳掌位置為左腳腳掌位置時，則控制模組116控制兩足式機器人1邁出左腳走至下一步腳掌位位置；當下一步腳掌位置為右腳腳掌位置時，則控制模組116控制兩足式機器人1邁出右腳走至下一步腳掌位位置。在控制模組116控制兩足式機器人1走至下一步腳掌位置後，遠端工作站3可根據需要讓兩足式機器人1透過手機11傳回現場資訊，比如現場影像、照片或聲音等。

所述之判斷模組117，用於判斷兩足式機器人1是否成功走至下一 步腳掌位置，以及用於判斷兩足式機器人1是否走至目的地位置。

所述之求救模組118，用於當兩足式機器人1沒有成功走至下一步腳掌位置時，發出求救信號至遠端工作站3求救。例如，當該兩足式機器人1被設置用來掃雷時，若該兩足式機器人1踩到地雷，該兩足式機器人1可以透過手機11將重要的現場資訊傳回給遠端工作站3，並透過求救模組118向遠端工作站3發出求救信號。

如圖3所示，係本發明利用手機控制兩足式兩足式機器人1的方法較佳實施例的流程圖。首先，步驟S11，獲取模組111獲取兩足式機器人1行走路線的全程地圖。

步驟S12，處理模組112對所獲取的全程地圖進行影像數位處理。在本較佳實施例中，對所獲取的全程地圖進行影像數位處理包括如下步驟：將所獲取的全程地圖轉換成黑白色；根據該全程地圖的解析度將其按照行與列分割成網格形式；取每個網格內色階平均值作為該網格的色階值。

步驟S13，獲取模組111透過GPS系統120獲取兩足式機器人1在所述之全程地圖上的當前位置。

步驟S14，設置模組113在所述之全程地圖上設置兩足式機器人1行走的目的地位置。

步驟S15，計算模組114根據所述之全程地圖計算從當前位置行走至目的地位置的最佳行走路徑。在本較佳實施例中，所述之最佳行走路徑是根據全程地圖上各網格的色階值計算的。

步驟S16，計算模組114根據該最佳行走路徑計算兩足式機器人1應踩下的所有腳掌位置。在本較佳實施例中，所述之所有腳掌位置是根據所述之最佳行走路徑以及兩足式機器人1的腳掌大小進行計算的，所計算的各腳掌位置均應當位於最佳行走路徑的兩邊一定範圍內，分別為左腳腳掌位置和右腳腳掌位置，而且相鄰的左腳腳掌位置與右腳腳掌位置之間的距離應當小於兩足式機器人1兩腳所能跨越的最大範圍。

步驟S17，拍攝模組115透過拍攝設備130拍攝兩足式機器人1尚未踏下的下一步腳掌位置的地形圖。

步驟S18，處理模組112對該下一步腳掌位置的地形圖進行影像數位處理。在本較佳實施例中，對下一步腳掌位置的地形圖進行的影像數位處理包括如下步驟：將下一步腳掌位置的地形圖轉換成黑白色；根據該下一步腳掌位置的地形圖的解析度將其按照行與列分割成網格形式；取每個網格內色階平均值作為該網格的色階值。

步驟S19，計算模組114根據該下一步腳掌位置的地形圖計算出兩足式機器人1下一步腳掌應踩下的角度。在本較佳實施例中，計算下一步腳掌應踩下的角度包括如下步驟：計算下一步腳掌位置的地形圖中的前半部分各網格的色階平均值與後半部分各網格的色階平均值；根據所計算的前半部分各網格的色階平均值與後半部分各網格的色階平均值之間的差異程度計算腳掌位置地形的傾斜角度；根據該傾斜角度計算下一步腳掌應踩下的角度。

步驟S20，控制模組116控制兩足式機器人1按照下一步腳掌應踩下的角度走至下一步腳掌位置。

步驟S21，判斷模組117判斷兩足式機器人1是否成功走至下一步腳掌位置。

步驟S22，當兩足式機器人1成功走至下一步腳掌位置時，判斷模組117判斷兩足式機器人1是否走至目的地位置。

步驟S23，當兩足式機器人1沒有成功走至下一步腳掌位置時，求救模組118發出求救信號至遠端工作站3求救，並結束流程。

在步驟S22中，當兩足式機器人1沒有走至目的地位置時，則返回至步驟S17重新拍攝兩足式機器人1尚未踏下的下一步腳掌位置的地形圖；當兩足式機器人1走至目的地位置時，則結束本流程。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本發明技術方案的精神和範圍。

S11‧‧‧獲取兩足式機器人行走路線的全程地圖

S12‧‧‧.對所獲取的全程地圖進行影像數位處理

S13‧‧‧獲取兩足式機器人的當前位置

S14‧‧‧設置兩足式機器人行走的目的地位置

S15‧‧‧計算從當前位置行走至目的地位置的最佳行走路徑

S16‧‧‧計算兩足式機器人應踩下的所有腳掌位置

S17‧‧‧拍攝兩足式機器人尚未踏下的下一步腳掌位置的地形圖

S18‧‧‧對該下一步腳掌位置的地形圖進行影像數位處理

S19‧‧‧計算出兩足式機器人下一步腳掌應踩下的角度

S20‧‧‧控制兩足式機器人走至下一步腳掌位置

S21‧‧‧是否成功走至下一步腳掌位置

S22‧‧‧是否走至目的地位置

S23‧‧‧發出求救信號至遠端工作站求救

Claims (7)

1. 一種利用手機控制兩足式機器人的系統，該系統包括：獲取模組，用於獲取兩足式機器人行走路線的全程地圖，以及透過手機內的全球定位系統獲取兩足式機器人在所述之全程地圖上的當前位置；設置模組，用於在所述之全程地圖上設置兩足式機器人行走的目的地位置；計算模組，用於根據所述之全程地圖計算從當前位置行走至目的地位置的最佳行走路徑，以及根據該最佳行走路徑計算兩足式機器人應踩下的所有腳掌位置；拍攝模組，用於拍攝兩足式機器人尚未踏下的下一步腳掌位置的地形圖；處理模組，用於對該下一步腳掌位置的地形圖進行影像數位處理；所述之計算模組還用於根據該下一步腳掌位置的地形圖計算出兩足式機器人下一步腳掌應踩下的角度；及控制模組，用於控制兩足式機器人按照下一步腳掌應踩下的角度走至該下一步腳掌位置，直到走至目的地位置為止。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用手機控制兩足式機器人的系統，其中所述之處理模組還用於對所獲取的全程地圖進行影像數位處理。
3. 如申請專利範圍第1項所述之利用手機控制兩足式機器人的系統 ，其中所述之處理模組對下一步腳掌位置的地形圖進行的影像數位處理包括：將下一步腳掌位置的地形圖轉換成黑白色；根據該下一步腳掌位置的地形圖的解析度將其按照行與列分割成網格形式；及取每個網格內色階平均值作為該網格的色階值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之利用手機控制兩足式機器人的系統，其中所述之計算模組對下一步腳掌應踩下的角度進行的計算包括：計算下一步腳掌位置的地形圖中的前半部分各網格的色階平均值及後半部分各網格的色階平均值；根據所計算的前半部分各網格的色階平均值與後半部分各網格的色階平均值之間的差異程度計算腳掌位置地形的傾斜角度；及根據該傾斜角度計算下一步腳掌應踩下的角度。
5. 一種利用手機控制兩足式機器人的方法，該方法包括如下步驟：獲取兩足式機器人行走路線的全程地圖；透過手機內的全球定位系統獲取兩足式機器人在所述之全程地圖上的當前位置；在所述之全程地圖上設置兩足式機器人行走的目的地位置；根據所述之全程地圖計算從當前位置行走至目的地位置的最佳行走路徑；根據該最佳行走路徑計算兩足式機器人應踩下的所有腳掌位置；拍攝兩足式機器人尚未踏下的下一步腳掌位置的地形圖；對該下一步腳掌位置的地形圖進行影像數位處理；根據該下一步腳掌位置的地形圖計算出兩足式機器人下一步腳掌應踩下的角度；及控制兩足式機器人按照下一步腳掌應踩下的角度走至該下一步腳 掌位置，直到走至目的地位置為止。
6. 如申請專利範圍第5項所述之利用手機控制兩足式機器人的方法，其中所述之對該下一步腳掌位置的地形圖進行影像數位處理的步驟還包括：將下一步腳掌位置的地形圖轉換成黑白色；根據該下一步腳掌位置的地形圖的解析度將其按照行與列分割成網格形式；及取每個網格內色階平均值作為該網格的色階值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之利用手機控制兩足式機器人的方法，其中所述之根據該下一步腳掌位置的地形圖計算出兩足式機器人下一步腳掌應踩下的角度的步驟還包括：計算下一步腳掌位置的地形圖中的前半部分各網格的色階平均值與後半部分各網格的色階平均值；根據所計算的前半部分各網格的色階平均值與後半部分各網格的色階平均值之間的差異程度計算腳掌位置地形的傾斜角度；及根據該傾斜角度計算下一步腳掌應踩下的角度。