信息处理系统及包括该信息处理系统的机器人系统

信息处理系统及包括该信息处理系统的机器人系统有效专利实用

技术领域

[0001] 本实用新型涉及用于机器人的信息处理技术领域，具体涉及一种信息处理系统及包括该信息处理系统的机器人系统。

具体实施方式

[0070] 下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

[0071] 参照图1，本实用新型实施例第一方面公开了一种信息处理系统，用于机器人，该信息处理系统包括人机交互模块、智能机器人处理器、智能任务处理器、机器人本地端、边缘计算单元、云计算单元和主控制器，其中：

[0072] 人机交互模块显示于机器人本体，并配置为：获取机器人本体携带的信息检测单元检测的信息和/或用户的输入并作为输入信息；

[0073] 智能机器人处理器设置在机器人本体，并配置为：接收输入信息并根据该输入信息生成任务；

[0074] 智能任务管理器，设置在机器人本体，并配置为：判断任务的计算量是否超出预设范围，

[0075] 如果没有超出预设范围，则判断该任务为简单任务，

[0076] 如果超出预设范围，判断是否要求实时结果，

[0077] 如果要求实时结果，则判断该任务为复杂实时性要求高任务，

[0078] 如果不要求实时结果，则判断该任务是为复杂实时性要求低任务；

[0079] 机器人本地端设置在所述机器人本体，并配置为：接收和处理所述简单任务，以及，将处理结果反馈至所述智能任务管理器；

[0080] 边缘计算单元，设置在边缘计算充电桩，边缘计算单元与智能任务管理器通过近距离(如Wi-Fi)通信连接，边缘计算充电桩包括能够对机器人本体携带的电池充电的充电单元，边缘计算单元配置为：接收和处理所述复杂实时性要求高的任务，以及，将处理结果反馈至所述智能任务管理器；

[0081] 云计算单元(可为人工智能计算单元)，设置在机器人云计算平台，机器人云计算平台通过远距离通信与所述智能任务管理器连接，所述云计算单元配置为：

[0082] 接收和处理复杂实时性要求低的任务，以及

[0083] 将处理结果反馈至智能任务管理器；

[0084] 主控制器，设置在机器人本体，并且配置为：基于接收到来自机器人本地端、边缘计算单元和机器人云平台的处理结果控制机器人本体的运动状态。

[0085] (基于信息检测单元所检测到的机器人本体周围的信息)自动唤醒和/或基于用户的输入(通过人机交互模块)远程控制，启动方式可根据实际需要进行灵活选择，适应范围广，启动稳定、可靠。

[0086] 根据任务的复杂程度、结果反馈的实时性要求将计算任务分为：简单任务、复杂实时性要求高任务和复杂实时性要求低任务，简单任务由机器人本体所携带的机器人本地端处理，从而降低对机器人本地端的计算要求，降低机器人本地端的电量消耗，同时又减轻了重量，因此机器人本体的续航得以有效提高。

[0087] 复杂实时性要求高任务由设置在边缘计算充电桩的边缘计算单元来进行处理，降低了机器人本地端的计算资源的同时又能够保证复杂实时性要求高任务的及时反馈，并且通过充电单元对机器人本体携带的电池进行充电，从而进一步提高了机器人本体的续航能力。

[0088] 复杂实时性要求低任务由设置在机器人云计算平台的云计算单元来进行处理，降低了机器人本地端、边缘计算单元的计算资源占用，同时，又能够满足任务计算的要求。

[0089] 根据机器人本地端、边缘计算单元和云计算单元的处理结果控制机器人本体的运动状态，形成机器人运动状态的实时控制闭环，保证了系统的灵敏性。

[0090] 另外，信息检测单元，用于获取机器人本体周围的各种数据，用以为信息处理系统提供必要的数据来源。该信息检测单元可包括激光雷达，用于采集机器人本体周围的物体的位置、形状和尺寸等信息，从而通过对该信息的处理生成在线地图。本领域技术人员可知的是，该洗洗检测单元可还为检测其他数据的传感器(如麦克风阵列112、摄像头111等)，不在此一一列举。

[0091] 另外，智能机器人处理器为基于输入信息生成任务的处理器，具体地，其可根据输入信息的时间、类型、数值大小、变化趋势等信息生成一系列任务。当然，本领域技术人员可知的是，该输入信息还可包括其他维度，甚至生成任务的算法也可根据实际需要进行灵活选择。

[0092] 需要说明的是，对任务类型的判断的判断“任务的计算量是否超出预设范围”中，该预设范围可通过人机交互模块输入，也可通过烧制的方式将程序写入，由此，可根据机器人本地端、边缘计算单元和云计算单元的相对计算能力来进行设置，当大于该预设范围时，为复杂任务，当不大于该预设范围为简单任务，简单任务由智能任务管理器分配至机器人本地端，经机器人本地端进行计算。同样需要说明的是，在判断任务的实时性要求时，根据任务的结果反馈所需时间进行分类，当任务的结果反馈所需时间大于一预设值(用户可通过人机交互模块输入和可写入烧制的程序中)则为复杂实时性要求低任务，不大于后者时，为复杂是实心高要求高任务，该两种类型的任务由智能任务管理器分别分配至云计算单元和边缘计算单元。当然，本领域技术人员可知的是，也可采用其他的任务类型对任务进行分类，只要其能够节约机器人本地端的计算资源、保证其续航、满足结果反馈的实时性要求即可，不再一一赘述。

[0093] 需要说明的是，将任务分类成简单任务、复杂实时性要求高任务和复杂实时性要求低任务，该分类方式仅需三次数据的处理即可，任务类型的确定逻辑简单、可靠性高。

[0094] 另外，人机交互模块能够实现用户、信息处理系统二者之间的信息交互，人机交互模块的一种方式为：其包括人机交互界面，该人机交互界面通常显示于一显示屏，显示屏又安装于机器人本体，人机交互界面信号连接至智能机器人处理器，用户可通过该人机交互界面输入控制指令，以控制信息处理系统的工作状态和/或机器人本体的运动状态，相反地，人机交互界面也可将处理系统的工作状态和/或机器人本体的运动状态做出相应显示。

[0095] 进一步需要说明的是，上述信息处理系统的工作状态可包括信息检测单元所检测到的信息类型(如距离)、数值、任务类型(上述的简单任务、复杂实时性要求高任务和复杂实时性要求低任务)、任务数量(该三种类型任务的数量各为多少)、上述的在线地图、机器人本体在该在线地图中的行驶位置等。

[0096] 进一步需要说明的是，可以图像、表格或坐标系等方式对机器人本体的运动状态加以显示。另外，机器人本体的运动状态不仅包括机器人本体作为一个整体考虑时相对于地面等参照物的运动状态(如速度、位移、加速度等)，还应包括机器人本体上的某一部分(如机械臂、头部等)的局部运动状态(如运动速度、位移、加速度、机械臂的弯曲角度、头部的转动角度、头部的转动速度)等。本领域技术人员可知的是，无论是机器人本体作为一个整体考虑时相对于地面等参照物的运动状态还是其上的某部分的局部运动状态的运动、控制均为公知技术，故不在此重复说明。

[0097] 另外，由于边缘计算单元所处理的任务为实时性要求高的任务，因此要求边缘计算单元与智能任务管理器之间的通信方式不受距离、附近地形(如山洞等)等的影响，因此边缘计算单元与智能任务管理器之间通过近距离通信方式连接，该近距离通信方式的一种为Wi-Fi，通过设定(一种方式为机器人本体在实时地图内导航)使得机器人本体仅能在该近距离通信的有效距离(该有效距离不仅考虑到二者的距离大小，还考虑到二者之间的连线上是否有山体等物体的阻挡(会影响二者之间的近距离通信连接质量)，该阻挡的物体通过上述的实时地图的构建来获得)内运动，从而满足处理复杂实时性要求高任务的需要。

[0098] 另外，信息检测单元的一种为地图信息检测单元，通过地图信息检测单元来检测构建机器人本体周围的实时地图所需要的地图信息，然后通过机器人本地端、边缘计算单元和云计算单元中的一者对该地图信息进行处理后构建地图信息检测单元检测的地图信息构建地图，当然，如果能够通过提高地图信息检测单元的采样频率、机器人本地端、边缘计算单元或云计算单元的计算速度，即可实现实时地图的构建。该地图信息检测单元的一种具体形式为激光雷达，当然，本领域技术人员可知的是，还可采用其他形式(如视觉传感器)来对构建地图的信息进行采集，不再一一列举。

[0099] 需要说明的是，边缘计算充电桩的一种具体结构为，其包括壳体，壳体内安装有充电单元107，壳体上开设有供边缘计算单元散热的散热结构108，壳体嵌装有状态显示器，以显示边缘计算充电桩的工作状态。当机器人本体所携带的电池的电量低于一预设值时，在主控制器的控制下机器人本体运动向边缘计算充电桩，当其运动到有效充电范围(将机器人本体在实时地图中进行定位)时，机器人本体停止，然后对充电单元对电池充电。进一步需要说明的是，该充电单元可电性连接至供电线路，也可电性连接至发电装置(如发电机、太阳能发电设备和风力发电设备等)，还可电性连接至一大容量的蓄电池，设置可以采用发电装置与蓄电池的组合使用。还需要说明的是，充电单元与电池之间的充电可采用无线充电方式也可采用有线充电方式，当采用前者充电时，只要满足该有效充电范围在无线充电的有效范围内即可，不需要使用电源线将充电单元与电池进行电性连接，充电操作简便；当采用后者充电时，电性连接至电池的充电插头应该设置为能够伸出的方式，当机器人本体运动至有效充电范围(连接至电池的电源线长达大于机器人本体与充电单元的充电接口之间的距离)后充电插头伸出并插入充电接口，从而通过有线充电方式对电池充电，当然，此设置下，本领域技术人员可知的是，还可将充电插头设置为通过电源线电性连接至充电单元、充电接口设置于机器人本体的形式，充电时，充电插头相对于充电单元伸出，拉动电源线并最终插入充电接口实现充电，甚至还可将充电插头与充电接口设置为分别通过一个电源线电性连接至充电单元、电池的形式，具体采用哪种方式，可根据实际需要灵活选择。此处，最后需要说明的是，驱动充电插头伸出的动力装置可采用机器人本体上的机械臂，通过机械臂的运动将充电插头插入充电接口，为了使得机器人本体能够“看见”充电接口，通过设置于机器人本体或边缘计算充电桩的视觉传感器来实现。

[0100] 进一步需要说明的是，边缘计算充电桩的壳体上设置散热结构，以散发边缘计算单元工作时产生的热量，保证边缘计算单元的稳定、高效工作，壳体上嵌装有状态显示器，状态显示器的信号输入端与边缘计算单元信号连接，以显示边缘计算充电桩的工作状态，便于用户监控。另外，边缘计算充电桩的工作状态可包括边缘计算单元的工作温度等信息。该散热结构可以为开设在壳体上的散热孔(孔的横截面形状可为圆形、长条形等)，也可以为由导热性良好的材料(如铜)制成的导热结构，导热结构的第一端贴合于边缘计算单元，导热结构的第二端延伸至壳体外，从而将边缘计算单元工作时产生的、位于壳体内的热量散发至壳体外，从而对边缘计算单元有效降温，保证其稳定、有效的工作，本领域技术人员可知的是，该散热结构还可采用其他的形式(如通过散热管路依次连接并构成散热回路的吸热结构、散热结构和介质循环泵，吸热结构以能够吸收边缘计算单元散发的热量的方式设置，散热结构设置在壳体外，散热管路内充有如水等散热介质，介质循环泵安装于散热管路)，不再一一列举。

[0101] 另外，人机交互模块包括显示屏113，信息检测单元包括图像信息检测单元和声音信息检测单元中的至少一者。通过图像检测单元检测机器人本体周围的图像，通过声音检测单元检测机器人本体周围的声音，以该图像信息、声音信息作为输入信息。

[0102] 本实用新型实施例第二方面公开了一种信息处理方法，用于机器人，参见图2和图7，该信息处理方法包括步骤：

[0103] S100、获取机器人本体携带的信息检测单元检测的信息和/或用户的输入并作为输入信息；

[0104] S200、基于输入信息生成任务，并且判断任务的计算量是否超出预设范围，[0105] 如果没有超出预设范围，则判断该任务为简单任务，

[0106] 如果超出预设范围，判断是否要求实时结果，

[0107] 如果要求实时结果，则判断该任务为复杂实时性要求高任务，

[0108] 如果不要求实时结果，则判断该任务为复杂实时性要求低任务；

[0109] S310、将简单任务分配至机器人本地端并由机器人本地端进行处理，机器人本地端设置在机器人本体；

[0110] S320、将复杂实时性要求高的任务通过近距离通信分配至边缘计算单元并由边缘计算单元处理，边缘计算单元设置在边缘计算充电桩，边缘计算充电桩包括能够对机器人本体携带的电池充电的充电单元；

[0111] S330、将复杂实时性要求低的任务通过远距离通信分配至云计算单元并由云计算单元处理；

[0112] S400、基于简单任务、复杂实时性要求高的任务和复杂实时性要求低的任务的处理结果控制机器人本体的运动状态。

[0113] 在一些优选实施例中，边缘计算充电桩110包括壳体，壳体内安装有充电单元，通过开设在壳体的散热结构以散发边缘计算单元工作时产生的热量，通过嵌装在壳体的状态显示器109以显示边缘计算充电桩的工作状态。

[0114] 需要说明的是，机器人本地端、边缘计算单元和云计算单元中的一者还配置为基于机器人本体携带的地图信息检测单元检测的地图信息构建地图。

[0115] 需要说明的是，信息检测单元检测的信息包括图像信息和/或声音信息。

[0116] 本实用新型实施例第三方面公开了一种机器人系统，所述机器人系统包括：

[0117] 任一上述的信息处理系统；以及

[0118] 任一上述的机器人本体114，参见图3至图6，机器人本体包括：

[0119] 底盘；

[0120] 行走机构，安装于底盘103，行走机构在与主控制器通信连接的第一动力装置(如伺服电机)的驱动下使得底盘可运动；

[0121] 机械臂，安装于底盘，机械臂在与主控制器通信连接的第二动力装置(如液压装置)的驱动下可运动；

[0122] 头部101，安装于底盘的上方，人机交互模块设置在头部，主控制器安装于底盘或头部，智能机器人处理器安装于底盘或头部；

[0123] 电池，固定于底盘或头部，电池与驱动行走机构的第一动力装置、驱动机器臂运动的第二动力装置均电性连接。

[0124] 需要说明的是，由于包括任一上述的信息处理系统，因此，该机器人系统具备任一上述的信息处理系统的特点，即，能解决相同的技术问题和产生相同的有益效果，不再重复说明。

[0125] 另外，底盘为大体平板结构，其为各零件的安装提供基础。行走机构的一种具体结构为行走轮，行走轮可转动地安装于底板的下方，为了保持平衡，行走轮为至少三个，所有的行走轮环形均匀布置，并且使得行走轮的布置的中心与机器人本体的重心大体重合，利于保持机器人本体的稳定运动。行走轮中的至少一个为主动轮105，控制端与主控制器通信连接的第一动力装置(如伺服电机)通过传动装置(如减速器)驱动主动轮转动，从而带动随动轮104转动，最终实现机器人本体的整体运动(前进、后退和转向，由于转向机构为本领域技术人员所公知技术，不在此做重复说明)。当然，本领域技术人员可知的是，行走机构还可为其他的具体形式(如仿人腿形式)，不再一一列举。

[0126] 另外，在主控制器的控制下，第二动力装置(如液压驱动装置，该液压驱动装置包括通过液压管路依次连接并构成回路的液压油箱、液压泵和液压缸)驱动机械臂的运动。图5示出的机械臂的运动为折叠，机械臂为折叠式机械臂，当然，本领域技术人员可知的是，机械臂还可以为如转动、弯曲等其他运动形式，不再一一列举。此处，为了说明折叠式机械臂的折叠，以两个相邻的臂之间的折叠为例进行说明，参见图6，设该两个相邻的臂分别为第一臂115和第二臂116，第一臂与第二臂铰接，液压缸的缸体117铰接于第一臂，液压缸的活塞杆118的第一端铰接于第二臂，也阳刚的活塞杆的第二端铰接于活塞，活塞沿液压缸的轴线往复可滑动并且构成动密封，通过活塞沿液压缸的轴线往复滑动使得第一臂、第二臂之间的角度得以改变，从而使得整个机械臂可折叠/打开。工作时，机械臂打开，待机/停止工作时，机械臂折叠。

[0127] 智能机器人处理器、人机交互模块和支持边缘计算单元与智能任务管理器的近距离传输通信模块(如Wi-Fi等无线通信模块)均安装于头部。人机交互模块包括摄像头、拾音器和触摸显示屏。主控制器安装于底盘，并且通过串口与智能任务管理器通信连接。

[0128] 进一步需要说明的是，头部固定于最上端的臂(机械臂打开后到底盘的距离最大的那个臂)。

[0129] 用于地图构建的激光雷达106固定于底盘的上表面，从而使得激光雷达具有较广的视野，保证了激光雷达具备较大的工作范围，使得地图构建完整、准确。

[0130] 具体地，所述机械臂为可折叠的机械臂102，所述机械臂的下端固定于所述底盘，所述机械臂的上端与所述头部固定。

[0131] 需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0132] 此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0133] 术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

[0134] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

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