[發(fā)明專利]一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)及其使用方法

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• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115129051A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 張智軍;宋雅婷
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 周春麗

1.一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)，其特征在于，包括機器人客戶端、服務器端和路由器，機器人客戶端和服務器端能夠雙向呼叫，所述路由器用于支持機器人客戶端和服務器端的網(wǎng)絡連接；

所述機器人客戶端包括下位機、第一音視頻輸入模塊、第一音視頻輸出模塊、第一WIFI模塊、激光雷達和工控機，所述服務器端包括服務器、第二音視頻輸入模塊、第二音視頻輸出模塊和第二WIFI模塊；其中，

所述機器人客戶端的下位機配備電源與移動底盤，電源用于支持機器人正常工作，移動底盤用于保障機器人靈活移動；

第一音視頻輸入模塊用于采集機器人客戶端的音頻和圖像數(shù)據(jù)；

第一音視頻輸出模塊用于顯示和輸出機器人客戶端自身采集的以及服務器端傳輸過來的視頻通話圖像和音頻；

第一WIFI模塊和第二WIFI模塊用于實現(xiàn)機器人客戶端與服務器端之間的網(wǎng)絡連接；

激光雷達用于掃描環(huán)境，并將掃描數(shù)據(jù)傳送至工控機；

工控機用于根據(jù)掃描數(shù)據(jù)和自動導航算法生成最優(yōu)路徑，并根據(jù)最優(yōu)路徑向下位機發(fā)送指令，下位機用于根據(jù)指令驅(qū)動移動底盤移動；

第二音視頻輸入模塊用于采集服務器端的音頻和圖像數(shù)據(jù)；

第二音視頻輸出模塊用于顯示和輸出服務器端自身采集的以及機器人客戶端傳輸過來的視頻通話圖像和音頻。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)，其特征在于：所述機器人客戶端與服務器端之間基于Socket通信。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)，其特征在于：第一音視頻輸出模塊和第二音視頻輸入模塊均包括用于采集音頻的麥克風和用于采集圖像數(shù)據(jù)的攝像頭。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)，其特征在于：第一音視頻輸出模塊和第二音視頻輸出模塊均包括用于顯示視頻通話圖像的顯示器和輸出音頻的揚聲器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)，其特征在于：所述服務器端能夠接入多個機器人客戶端。

6.一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-5任一所述的系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：

機器人客戶端通過激光雷達掃描室內(nèi)環(huán)境，工控機運行SLAM算法建立室內(nèi)二維地圖；機器人客戶端通過激光雷達掃描機器人自身與墻面距離，對比室內(nèi)二維地圖邊緣距離，確定機器人當前在室內(nèi)二維地圖中的具體位置信息；

根據(jù)給定目標位置信息和當前機器人在地圖中所處的位置，結(jié)合當前激光雷達所掃描到的障礙物信息，工控機實時規(guī)劃從當前位置避開障礙物到達目標位置的最優(yōu)路徑，并向下位機發(fā)送指令驅(qū)動機器人客戶端移動至目標位置；

當機器人客戶端到達目標位置之后，工作人員能夠與服務器端工作人員進行視頻通話。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，所述機器人客戶端與服務器端可實現(xiàn)雙向呼叫，機器人到達目標位置之后進行視頻通話，音視頻輸入模塊獲取的數(shù)據(jù)通過WIFI模塊經(jīng)由路由器轉(zhuǎn)發(fā)給對方，并通過音視頻輸出模塊播放音頻和顯示實時視頻圖像。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)的使用方法，其特征在于：所述機器人客戶端與服務器端能夠時刻保持連接，具有雙向呼叫功能，在未建立視頻通話時顯示器顯示呼叫界面，一旦一方發(fā)起通話，本地的顯示器會自動打開新的視頻通話界面，顯示本地圖像畫面，對方顯示器上會彈出提示窗口，對方可以選擇接通或者拒絕。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)的使用方法，其特征在于：所述機器人客戶端或服務器端其中一端發(fā)起通話請求，若對方選擇接通，已打開的通話界面會自行切割成兩個或多個窗口，分別顯示本地和對方的圖像畫面，且界面上會顯示標識符，用于區(qū)分機器人編號和護士端服務器，若對方拒絕，本地會彈出窗口提示本次通話未能連接成功，通話界面關(guān)閉，顯示器當前只顯示呼叫界面。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于自動導航的遠程視頻機器人系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，工控機建圖及規(guī)劃最優(yōu)路徑的步驟包括：

機器人客戶端在室內(nèi)移動，激光雷達對周圍環(huán)境進行掃描，工控機運行ROS系統(tǒng)的hector_slam包，訂閱激光雷達信息生成室內(nèi)二維地圖，同時獲取機器人與墻面距離，對比地圖邊緣距離，通過ROS系統(tǒng)的amcl包確定機器人在地圖中的具體位置信息；

給定目標位置信息，根據(jù)所生成的室內(nèi)二維地圖和機器人當前在室內(nèi)二維地圖中所處位置，所述工控機運行自動導航算法即采用ROS系統(tǒng)的move_base包，即可根據(jù)給定的目標位置以及當前所處的位置，先進行地圖全局路徑規(guī)劃，再進行局部的路徑優(yōu)化，再根據(jù)激光雷達掃描出來的障礙物信息，實時生成從機器人當前位置避開障礙物以到達目標位置的最優(yōu)路徑。