泰怡凯电器（苏州）有限公司 (中国江苏省苏州市吴中区石湖西路108号, Jiangsu 8, 215168, CN)
| 权利要求书 1. 一种使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 包括： 位于所述机器人 本体的控制单元、 驱动单元和人机界面， 其特征在于， 还包括与机器人本体分离的、 存储有与一音频数据相匹配的驱动数据的数据存储单元， 所述数据存储单元通过数据 接口与所述控制单元连接， 其中， 所述控制单元与所述人机界面连接， 接受来自于所述人机界面的指令， 从所述数 据存储单元中读出所述驱动数据， 按照所述驱动数据向所述驱动单元发送驱动指令； 所述驱动单元接受所述驱动指令驱动所述机器人的可操作部件， 所述可操作部件 按照所述驱动指令的要求动作。 2. 如权利要求 1所述的使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 其特征 在于， 所述音频数据还存储在所述数据存储单元中， 所述控制系统还包括音频信号处 理器， 其中， 在所述控制单元向所述驱动单元发送驱动指令的同时， 所述音频信号处 理器接收所述数据存储单元中的所述音频数据并进行数模转换， 将转换后的模拟音频 信号发送给所述机器人的扬声器。 3. 如权利要求 1所述的使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 其特征 在于， 还包括时间计数器， 用于对所述可操作部件所执行的每一个特定动作的时间进 行计时。 4. 如权利要求 1所述的使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 其特征 在于， 所述驱动数据以驱动文件的方式存储在所述数据存储单元中， 所述数据存储单 元存储有一个或多个驱动文件。 5. 如权利要求 4所述的使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 其特征 在于， 所述人机界面包括显示屏和键盘， 其中， 所述键盘包括驱动文件选择键和确认 键。 6. 如权利要求 5所述的使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 其特征 在于， 所述键盘还包括数据修改键和数字小键盘， 所述数据修改键用于修改驱动文件 中的驱动数据， 所述数字小键盘用于输入相应的数字。 7. 如权利要求 1所述的使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 其特征 在于， 所述数据存储单元包括各种类型的存储卡， 相应地， 在所述机器人本体中设有 用于容纳所述存储卡的卡槽。 8. 如权利要求 1-7任一所述的使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 其特征在于， 所述驱动数据包括多组动作驱动数据， 每一组动作驱动数据至少包括动 作序号位、 左轮方向数据位、 右轮方向数据位、 左轮速度数据位、 右轮速度数据位和 时间数据位。 9. 如权利要求 8所述的使机器人按照音频数据执行相应动作的控制系统， 其特征 在于， 所述动作序号位包括三位十进制数， 所述左轮方向数据位和 /或右轮方向数据位 包括一位十进制数， 所述左轮速度数据位和 /或右轮速度数据位包括二位十进制数， 所 述时间数据位包括五位十进制数。 10. 一种按照音频数据执行相应动作的机器人， 包括机器人本体、 可操作部件， 其特征在于， 包括如权利要求 1-9任一所述的控制系统， 所述可操作部件受所述控制 系统中驱动单元的驱动， 执行与所述控制系统中数据存储单元所存储的驱动数据相应 的动作。 11. 如权利要求 10所述的按照音频数据执行相应动作的机器人， 其特征在于， 所 述可操作部件包括两个驱动轮。 12. 如权利要求 10或 11任一项所述的按照音频数据执行相应动作的机器人， 其 特征在于， 所述可操作部件还包括一个或多个光发射器和 /或声发射器， 所述数据存储 单元中存储的驱动数据中包括控制所述光发射器和 /或声发射器的控制数据。 13. 如权利要求 10或 11任一项所述的按照音频数据执行相应动作的机器人， 其 特征在于， 还包括清洁单元， 所述清洁单元包括除尘部件， 或清扫部件， 或打蜡部件。 |
技术领域
本发明涉及一种机器人系统， 尤其涉及一种按照音频数据执行相应动作的机 器人 及其控制系统。 背景技术
随着社会的进步和科技水平的飞跃发展， 各种不同类型的机器人纷纷面市， 由此 开拓了人们的视野， 丰富了人们的生活， 满足了各种人群的不同需求。 作为人类情感 的强烈表达， 舞蹈艺术形式一直深受人们喜爱。 跳舞机器人， 通过其肢体语言与音乐 节奏的完美合拍， 实现了机器人跟随音乐的节拍翩翩起舞的效果 ， 从而成为人们喜爱 的机器人之一。
目前， 大多数能跳舞的机器人所采用的音乐或者动作 ， 都是由生产厂家事先设置 好的。 用户使用该类机器人时， 只能从机器人上选取其中的某一音乐， 通过音乐的播 放来欣赏对应该音乐的舞蹈动作。 该类机器人音乐曲目相对来说比较单一， 这对于有 着不同喜好的人群来说， 或是需要借助机器人应景进行即兴表演时， 而显得无可奈何、 力不从心。
中国科学院深圳先进技术研究院在现有跳舞机 器人的基础之上， 对跳舞机器人进 行了技术改良。 其设计的 "跳舞机器狗"， 动作不需要预先编排， 完全由音乐的节奏控 制， 随着音乐节奏的不同， 动作的模式也会有所改变。 "跳舞机器狗 "通过对音乐的理 解， 即对音乐的分析， 提取音乐的节拍信息并映射到相应的动作， 然后随着音乐的播 放， 机器狗就会跟随音乐的节奏舞动起来。
中国科学院深圳先进技术研究院所研究开发出 的 "跳舞机器狗"， 其解决了目前市 面上绝大多数跳舞机器人音乐曲目相对单一、 动作相对单一以及不能应景即兴表演的 缺点， 使得跳舞机器人能够从容应对各种不同节奏、 曲风的音乐进行舞蹈， 显现出了 跳舞机器人的智能技术。 然而， 该类跳舞机器人由于其内置的音乐解析器和特 殊的软 件控制算法等， 使得该类机器人的技术附加值较高， 其价格也较为昂贵。 再者， 最为 重要的是， 该类机器人通过对音乐的理解自行演绎舞蹈， 而用户所能做的也只是为其 选取音乐， 而无法介入机器人舞蹈动作的编排。 对于用户而言， 仅能作为 "旁观者"， 无法实现在机器人舞蹈动作的编排上渗入 "个人元素" 等的个人创意。 该类机器人无 法做到与用户的充分互动， 并且无法显现出用户的个人特质。 发明内容
本发明所要解决的技术问题在于， 针对现有技术的不足， 提供一种按照音频数据 执行相应动作的机器人及其控制系统， 使得用户可以自行选择音频数据， 使机器人能 按选定的音频数据执行相应的动作。
为了解决上述的技术问题， 本发明提供了一种使机器人按照音频数据执行 相应动 作的控制系统， 包括： 位于所述机器人本体的控制单元、 驱动单元和人机界面， 还包 括与机器人本体分离的、 存储有与一音频数据相匹配的驱动数据的数据 存储单元， 所 述数据存储单元通过数据接口与所述控制单元 连接， 其中， 所述控制单元与人机界面 连接， 接受来自于人机界面的指令， 从所述数据存储单元中读出所述驱动数据， 按照 所述驱动数据向所述驱动单元发送驱动指令； 所述驱动单元接受所述驱动指令驱动所 述机器人的可操作部件， 所述可操作部件按照所述驱动指令的要求动作 。
本发明提供的机器人可以按照音频数据执行相 应动作， 即俗称的具有跳舞功能。 具体来说：
1、本发明中涉及到的数据存储单元可以为现 技术中的各种存储卡， 其内部的数 据可以从机器人外部通过手机、 电脑等诸多家庭常用设备工具直接存储或者通 过互联 网下载， 通过所述设备工具进行复制或下载各种音乐 /动作信息， 音乐 /动作来源广泛、 多样化。
2、 由于机器人是通过将其外置的存储卡与手机、 电脑等家庭常用设备工具相连接 进行存储或通过互联网下载。 具体来说， 用户只需要从机器人上取下外置存储卡， 将 存储卡与手机或电脑相应位置连接进行文件传 送， 就可轻松实现存储或下载的功能， 操作便携， 从而免除了移动机器人本体， 将其本体直接与手机、 电脑等家庭常用设备 连接的 "劳作之苦"。
3、 只需要通过手机按键选取或是电脑鼠标操作， 直接存储或通过第三方下载， 将 相关文件传送到机器人的数据存储单元， 即可实现在 "包罗万象" 的 "信息库" 中搜 寻、 修改或变更文件， 十分方便、 简单。
4、 本发明中使机器人按照音频数据执行相应动作 的驱动数据可以由用户自行编 辑， 用户可以在类似于 excel格式下进行编辑， 在编辑完后再存储到存储卡中， 使用 的门槛大为降低， 操作十分简便； 另外， 也可以进行即时编辑， 即通过机器人本身的 人机界面对该驱动数据进行修改， 使得用户与机器人的互动性更强， 可以使机器人的 动作充分体现用户的意愿， 并且修改方式更加灵活。
5、 通过采用存储或下载数据的方式进行音乐 /动作的输入， 充分体现了产品自身 和用户之间的友好互动， 提升了产品的亲和度， 使得通过本发明制成的产品不仅仅作 为一种 "舞随音动" 的机器人， 而且更能在产品中融入用户的个人创意， 体现出用户 个人特质并以此增添了家庭生活情趣。 附图说明
图 1为本发明按照音频数据执行相应动作的机器 的结构示意图；
图 2为本发明按照音频数据执行相应动作的机器 的控制系统实施例一的原理框 图；
图 3为本发明按照音频数据执行相应动作的机器 的控制系统实施例二的原理框 图；
图 4为本发明按照音频数据执行相应动作的机器 的控制系统实施例三的原理框 图；
图 5为本发明中一种制作驱动数据方法的音乐信 和驱动信息的对照图表。 具体实施方式
参见图 1和图 2， 为本发明所提供的按照音频数据执行相应动作 的机器人的实施 例一。 图 1为结构示意图， 图 2为原理框图。
本实施例中的机器人 1包括控制系统 2、传感器系统 10和一些可操作部件 11。其 中， 所述的控制系统 2包括位于所述机器人 1本体的控制单元 22、 驱动单元 23和人 机界面 21， 和与机器人 1本体分离的、 存储有与一音频数据相匹配的驱动数据的数据 存储单元 24， 该数据存储单元 24可具体实施为一存储卡， 在机器人 1本体上设有卡 槽 15， 存储卡插入该卡槽 15中， 通过数据接口， 如 USB接口与所述控制单元 22连 接。 所述控制单元 22与人机界面 21连接， 接受来自于人机界面 21的指令， 从所述数 据存储单元 24中读出所述驱动数据， 按照所述驱动数据向所述驱动单元 23发送驱动 指令。 所述驱动单元 23接受所述驱动指令驱动所述机器人的可操作 件 11， 所述可 操作部件 11按照所述驱动指令的要求动作。
在本实施例中， 所述的可操作部件为机器人底部的两个驱动轮 110和 111。 驱动 单元 23为两个对应于左右两个驱动轮的驱动电机， 由驱动电机控制驱动轮的运行。 所述传感器系统 10用于检测所述机器人 1的工作状态，并将检测到的状态信息发 送给控制系统 2。
在本实施例中， 所述的数据存储单元 24中仅存储有驱动数据， 机器人可按驱动数 据控制两个驱动轮的运行。
在本发明中， 机器人除了具有其他功能外， 如清扫、 吸尘、 打蜡等功能， 还能按 照音频数据执行相应动作， 也就是俗称跳舞功能。 本实施例中的机器人 1在启动该跳 舞功能时， 可随着某一音乐或向前或向后间或转圈， 通过对这几种动作的速度、 幅度、 顺序的控制， 可以变换出多种动作。 在本实施例中， 机器人自身不能播放音乐， 还需 要另外提供音乐播放装置。
更好地， 如实施例二， 如图 3所示， 在数据存储单元 24还存储有音频数据， 对应 地， 本实施例中的控制系统 2还包括音频信号处理器 25， 所述机器人 1本体上还包括 扬声器 12。 在所述控制单元 22向所述驱动单元 23发送驱动指令的同时， 所述音频信 号处理器 25接收所述数据存储单元 24中的所述音频数据并进行数模转换， 将转换后 的模拟音频信号发送给所述机器人的扬声器 12， 由所述扬声器 12播放。 其中， 音频 数据可由控制单元 22发给所述的音频信号处理器 25， 也可以由音频信号处理器 25直 接到数据存储单元 24中读取， 如图 3中虚线所述。
在本实施例中， 所述机器人可以一边播放音乐， 一边执行与该音乐相匹配的动作， 如前进、 后退或转圈等。
在上述实施例中，数据存储单元 24中存储的音频数据是从机器人 1的外部获取的， 如， 手机、 电脑、 CD光盘、 MP3、 互联网等， 音频数据的来源非常广泛。 因而， 用户 可以按其喜好选择音乐数据， 甚至用户可以自己制作音乐。
为了使机器人 1能按照音频数据翩翩起舞， 也就是根据音频数据控制其可操作部 件执行特定的动作， 需要根据音频数据得到控制其可操作部件的驱 动数据， 以图 1中 的机器人 1为例， 为了驱动其左驱动轮， 所述的驱动数据应包括控制该驱动轮方向的 数据， 即是向前还是向后， 还是停在原地不动。 另外还应包括运行速度的数据、 该动 作执行的时间的数据。 由于对该驱动轮要执行多次动作， 还应该包括动作的顺序限定 的数据。
该驱动数据通常可通过如下方式获得：
由专门的软件生成， 即通过专门的软件基于音乐数据分析音乐元素 ， 通过对传输 给机器人 1 的音乐数据执行频率分析处理， 获得表示沿着音乐数据的回放时间轴 XI 的音乐信息 Ml。 基于音乐数据分析过的音乐信息 Ml , 产生驱动信息 M2， 如图 5所 示。该驱动信息 M2，即驱动数据，包括沿着回放时间轴 XI用于分别控制左驱动轮 110 和右驱动轮 111 的旋转方向、 旋转速度的左驱动轮控制值和右驱动轮控制值 以及所持 续的时间。
由此， 控制单元 22解析该驱动数据， 获得精确的控制值， 按照该控制值， 向驱动 电机发送相应的驱动指令， 由驱动电机带动驱动轮执行相应的动作。
该驱动数据可以在传输音频数据到数据存储单 元 24时通过专用软件实时生成，也 可以在没有传输要求时， 生成并存储起来， 在需要传输时， 再存到数据存储单元 24 中。 在生成该驱动数据时， 可以由专用软件自动生成， 如对传输给机器人 1 的音乐数 据执行频率分析处理自动生成， 也可以人为进行调整、 设置、 编排， 以增加进个人特 色在机器人所执行的动作里面。 通过该两种方法获得的驱动信息 M2， 各有优点。 对 于前一种方式所获得的驱动数据， 由于是对音乐数据执行频率分析处理而成， 由该驱 动数据获得的机器人舞蹈动作较为规范； 对于后一种方式所获得的驱动数据， 由于是 用户对音乐数据执行频率分析人为地加以设定 ， 因此所获得的驱动数据， 具有个人创 意和特色。
驱动数据的另一种生成方式： 用户可以在某一表格文件的形式、 在手机或者电脑 中进行编排， 该表格格式的一个实施例具体如下：
表 1 :
序列号代表每一个动作的次序， 其以递增的方式排列， 其工作序号位包括三位十 进制数。 左轮方向和右轮方向用一位十进制数表示， 分别为 0， 1， 2， 3。 0和 3代表 停止； 1表示前进； 2表示后退。 左轮速度和右轮速度用二位十进制数表示， 其通过乘 法换算， 比如乘以某一系数， 例如传动系数， 该系数可通过传动齿轮的相关参数来获 得， 得出单位为 m/s的速度。 如： 在左轮速度对应的数字位下输入 15， 将数值 15乘 以系数 0.25/19， 得出该序列号下左轮速度为 0.197m/s。 时间表示该序列号对应的动作 所需占用的时间， 其单位为 ms， 其时间数据位包括五位十进制数。 因此， 对于上述驱 动数据的编排， 本发明还提供一个时间计数器， 用于对可操作部件所执行的每一个特 定动作的时间进行计时。
以上可以看出， 该驱动数据包括了多组动作驱动数据， 每一个动作数据至少包括 动作序号位、 左轮方向数据位、 右轮方向数据位、 左轮速度数据位、 右轮速度数据位 和时间数据位。 通过对这些位的设置， 便可以得出一个特定的动作。
编辑完成动作后， 将表格内的数据以 txt格式存储， 具体内容为：
00101050614205；
00202030812066； 从而， 对应于一个音频文件有一个驱动文件， 该驱动文件中包括了具体的驱动数 据。 该文件可保存在手机或电脑上， 或是直接保存在数据存储单元 20 上。 人机界面 13—旦向数据控制单元 21发出工作指令， 数据控制单元 21读取插入在机器人 1上的 数据存储单元 20内的信息，并且基于读出的驱动文件中的驱 数据控制左驱动电机和 右驱动电机。
需要说明的是， 用户自行编辑驱动数据的软件可以是任何格式 的软件， 最终存储 的驱动文件也可以是任何格式的文件。 如在上面一实施例中， 表 1 的制作可在 excel 格式下编辑， 最终形成的驱动文件为 txt格式， 但并不局限于此。
在数据存储单元 24中，对应于机器人 1可以存有单个或者多个音频文件和与其对 应的驱动文件。 所述音频文件可以为 MP3、 WAV、 WMA、 MP2、 OGG、 APE、 AAC、 MIDI或 VQF等各种格式。
另外， 本发明还提供了非常友好的人机界面 21， 该人机界面 21包括显示屏和键 盘， 其中， 所述键盘包括驱动文件选择键和确认键， 用户通过驱动文件选择键来选择 让机器人执行哪一个驱动文件， 如果在数据存储单元 24中包括音频文件， 通常的做法 是直接选择音频文件， 因为音频文件与驱动文件是相匹配的， 当选择了音频文件， 也 就相当于选择了驱动文件。 选择好驱动文件后， 通过确认键来确认。 则人机界面 21 将该确认指令发送给控制单元 22， 控制单元 22读取选中的驱动文件中的驱动数据， 控制机器人执行相应的动作。 另外， 该键盘还可以包括其他一些按键， 如删除键， 通 过删除键可以将某些不喜欢的文件删除。 该键盘还可以包括数据修改键和数字小键盘， 所述数据修改键可以修改驱动文件 中的驱动数据， 如选择某一驱动文件后， 将该文件打开， 对其中某一组数据进行修改， 此时， 通过所述数字小键盘输入相应的数字。 通过该项功能， 本实施例提供的机器人 不但可以按照已经存好的驱动文件跳舞， 也可以实时对驱动数据做临时修改， 使得机 器人的动作更符合用户的喜好。
除了本实施例所提及的， 可以将机器人的驱动轮作为机器人舞蹈动作单 元， 机器 人还可以设有升降机构， 或者 /并且设有声发射器、 光发射器等， 具体实施例参考图 4 所示。此时， 为了驱动声发射器 14、光发射器 13，驱动数据中包括控制所述光发射器、 声发射器的控制数据， 如在表 1所示的每一行的后面可以再加上一些数据位 分别代 表对声发射器、 光发射器的控制数据。 如光发射器启动的时刻、 时间段、 颜色等。 声 音发出的时刻、 时间段、 频率等。
机器人在做动作时， 再在合适的时机配上声与光， 将使得此机器人的舞蹈生机盎 然， 充满了趣味。
在本发明中， 控制系统 2中的控制单元 22可以是单独的一个控制子单元， 也可以 是机器人自身的中央控制器。 即， 在具体实施时， 机器人中用于跳舞功能的控制单元 可以为一个单独的控制器， 此时实施时比较方便， 而且也容易对现有机器人的改造， 即可在现有机器人上增加跳舞功能。 另外， 该功能也可以由用于统筹控制机器人的中 央处理器完成， 通过在其程序中增加一段跳舞子程序， 使机器人的中央处理器来实施 跳舞功能。
再参见图 1， 本发明所述的机器 1可以是仅具备跳舞功能的机器人， 或是一些常 用的清洁机器人， 诸如： 具有除尘部件的除尘机器人， 具有清扫部件的自动扫地机或 是自动拖地机， 具有打蜡部件的打蜡机器人等。 根据机器人的不同功能， 需对图 1中 所述的机器人的各处组成部件进行相应的改变 ， 例如， 当为除尘机器人时， 对应地， 所述传感器系统 10包括红外传感器和 /或压电传感器， 用于检测工作环境、 用于检测 工作状态的传感器和与传感器相对应的信号处 理电路； 还包括用于驱动清洁单元工作 的工作电动机和用于驱动机器人行走的轮子及 其驱动电动机 （即图 1 中驱动轮 110、 111和图 2中控制系统 2中的驱动单元 23 ) ; 所述控制单元 22也可以为该机器人总的 中央处理器，控制机器人完成除尘工作；所述 人机界面 21为所述机器人操作使用界面。 所述传感器系统 10还包括， 用于探测机器人工作时的工作环境。
对于除尘机器人的上述结构可以为现有技术， 如在公开号为 KR20040087185、 WO07065033A2 WO0038026AK WO0036969A1 的专利文献中均有体现， 在本申请 中不再重复。
本发明中的机器人可以实施为各种类型、 各种功能的机器人。 如家庭保安、 吸尘 器等小型家用机器人， 也可以是一些工业机器人。 这些机器人在完成其各自主要的功 能外， 还可以具有如本发明所述的跳舞功能， 在工作之余， 为用户提供了娱乐工具， 提高了机器人与人沟通的亲和性， 由此增加了这些机器人的附加值。 而且， 通过本发 明完成的舞蹈功能， 不需增加过多成本。
总体来说， 该机器人可以使得用户借助手机、 电脑等家庭常用设备工具， 用户自 行选择音乐， 使用软件自动生成合着音乐节拍的舞蹈动作， 或是由用户自行编辑机器 人的舞蹈动作； 该音乐和舞蹈动作的 "信息源" 来源广泛， 不受机器人本身设备的限 制， 使得用户在对机器人的使用过程中可以按其喜 好进行制作、 修改或更换， 从而对 机器人的使用更具有亲和性、 趣味性。
最后所应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明而非限制， 尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 在不脱离本发明的精 神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等 同替换， 均应涵盖在本发明的权利要求 范围当中。