一种机器人系统及基于机器人系统的人体探测和跟踪方法.pdf

本发明公开了一种机器人系统及基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，机器人系统包括设有移动机构的机器人本体、由多个人体感应开关组成的人体感应开关阵列、和一个体感摄像装置，人体感应开关阵列和体感摄像装置均安装在机器人本体上；基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，包括以下步骤：一、启动机器人系统进行监控；二、人体感应开关阵列中的各个人体感应开关对各自探测角度范围内的区域进行探测；三、体感摄像装置对其探测角度范围内的区域进行探测；四、根据步骤二和步骤三的探测结果，机器人本体做特定的动作实现人体探测和跟踪功能。本发明机器人系统具有实施容易、安全可靠、准确率高的优点，人体探测和跟踪方法容易实现、执行效率高。

权利要求书
1.  一种机器人系统，包括设有移动机构的机器人本体(1)，其特征在于：还包括由多个人体感应开关组成的人体感应开关阵列(2)和一个体感摄像装置(3)，所述多个人体感应开关安装在机器人本体(1)上并沿机器人本体(1)的周向均匀分布，所述体感摄像装置(3)安装在机器人本体(1)上并处于人体感应开关阵列(2)的上方。

2.  按照权利要求1所述的一种机器人系统，其特征在于：所述人体感应开关阵列(2)包含四个人体感应开关，四个人体感应开关距离地面的高度均为0.75m，所述体感摄像装置(3)距离地面的高度为1m，体感摄像装置(3)的拍摄角度成水平状态设置。

3.  一种基于权利要求1或2所述机器人系统的人体探测和跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、启动机器人系统进行监控，让体感摄像装置(3)和人体感应开关阵列(2)中的所有人体感应开关均处于正常工作状态；
二、人体感应开关阵列(2)中的各个人体感应开关对各自探测角度度范围内的区域进行探测，并根据是否探测到人体产生相应的输出信号，所有人体感应开关的输出信号按顺序组合构成人体感应开关阵列(2)的输出信号集合；
三、体感摄像装置(3)对其探测角度范围内的区域进行探测，并根据是否探测到人体产生相应的输出信号；
四、根据人体感应开关阵列(2)的输出信号集合和体感摄像装置(3)的输出信号，机器人本体(1)做特定的动作实现人体探测和跟踪功能，所述特定动作包括静止、旋转和移动三种动作状态。

4.  按照权利要求3所述的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其特征在于，在所述步骤四中，具体包括以下步骤：
(一)当人体感应开关阵列(2)和体感摄像装置(3)均没有探测到人体时，机器人本体(1)保持静止状态；
(二)当人体感应开关阵列(2)探测到人体而体感摄像装置(3)没有探测到人体时，根据人体感应开关阵列(2)的输出信号集合确定人体所处的角度范围，机器人本体(1)据此做相应的旋转和移动动作；
(三)当人体感应开关阵列(2)和体感摄像装置(3)均探测到人体时，根据体感摄像装置(3)的输出信号确定人体的精确位置，机器人本体(1)据此做相应的旋转和移动动作。

5.  按照权利要求4所述的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其特征在于，在所述步骤(二)中，机器人本体(1)做相应的旋转和移动动作遵循以下规则：
机器人本体(1)做旋转动作，使人体处于体感摄像装置(3)的探测角度范围内；
机器人本体(1)做相对于人体方向的移动动作，使人体处于体感摄像装置(3)的探测距离范围内。

6.  按照权利要求4所述的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其特征在于，在所述步骤(三)中，机器人本体(1)做相应的旋转和移动动作遵循以下规则：
机器人本体(1)做旋转动作，使人体处于体感摄像装置(3)正前方的方向；
机器人本体(1)做相对于人体方向的移动动作，机器人本体(1)和人体之间的距离达到预定值后，机器人本体(1)停止移动。

7.  按照权利要求4或5所述的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其特征在于，所述根据人体感应开关阵列(2)的输出信号集合确定人体所处的角度范围，遵循以下判断规则：
①Bt中有且仅有第n个元素的值为1时，则认为人体处于该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内，
θ∈[αn-Δ/2，αn+Δ/2]   [1]
②Bt中有且仅有第n和第n+1两个相邻元素的值为1时，则认为人体处于该两个元素对应的两个人体感应开关的探测角度的重叠范围内，
θ∈[αn+1-Δ/2，αn+Δ/2]   [2]
③Bt中有两个不相邻的元素的值为1或三个以上的元素的值为1时，滤除两个集合中元素值同为1的元素后，再依据①或②的规则判断人体所处方位角度范围；
④前述三种情况均不符合时，则认为人体所处角度范围为，
θ∈[0，360]   [3]
在上述①、②、③、④项和公式[1]、[2]、[3]中，表人体感应开关阵列(2)在t时刻的输出信号集合，表示人体感应开关阵列(2)在t-1时刻的输出信号集合，θ表示人体所处角度，αn表示人体感应开关阵列(2)中第n个人体感应开关在以机器人本体(1)为原点的坐标系中的安装位置角度，Δ表示人体感应开关阵列(2)中的人体感应开关的探测角度范围，Bt和Bt-1中的某元素值为0时表示该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内没人，某元素值为1时则表示该元素对应的人体 感应开关的探测角度范围内有人；θ∈[0，360]时，表示人体所处的方位角度范围无法直接判断。

8.  按照权利要求4或6所述的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其特征在于，所述根据体感摄像装置(3)的输出信号确定人体的精确位置，遵循以下规则：
⑤人体相对于体感摄像装置(3)正前方的方位角度为，
β＝arctan(x/y)   [4]
⑥人体相对于机器人本体(1)的距离为，
d=x2+y22---[5]]]>
在上述⑤、⑥项和公式[4]、[5]中，x和y分别表示人体在以机器人本体(1)为原点的三维坐标系中的x坐标值和y坐标值，其中x和y够成的平面平行了地面。

9.  按照权利要求3-6任一项所述的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其特征在于，所述机器人本体(1)的移动机构采用两驱动轮差动结构，机器人本体(1)所做的旋转和移动动作采用PID反馈式控制方式，并满足以下条件，
⑦角度偏差和距离偏差分别为：
eθ＝θ-0   [6]
ed＝d-0.8   [7]
⑧移动速度和旋转速度分别为：
V=Pd×ed+Id×Σed+Dd×(edt-edt-1)---[7]]]>
VA=Pθ×eθ+Iθ×Σeθ+Dθ×(eθt-eθt-1)---[9]]]>
⑨左轮的速度和右轮的速度分别为：
v1＝V-Vθ   [10]
v2＝V+Vθ   [11]
在上述⑦、⑧、⑨顶和公式[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]中，θ表示人体相对于机器人本体(1)正前方的实时角度，θ-0表示优先保障θ＝0，d为人体相对于机器人本体(1)的实时距离，0.8为设定的机器人本体(1)距离人体的目标值，当达到目标值时机器人本体(1)停止移动；Pd，Id，Dd，Pθ，Iθ，Dθ为移动速度和旋转速度的PID控制参数。

说明书一种机器人系统及基于机器人系统的人体探测和跟踪方法
技术领域
本发明涉及一种机器人系统，尤其是涉及一种具备人体探测和跟踪功能的机器人系统；本发明还涉及一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法。
背景技术
随着科技和社会的进步，安防技术得到了快速发展，并在企事业单位及家庭的安防系统中得以广泛应用。据统计，在全球范围内，2015年安防行业的产值将达5000亿元。传统的安防工作主要采取固定摄像装置监控加人力值班巡逻的模式，这种方式在对较大区域进行监控时需要购置大量的摄像装置，设备投入较高，而且这种模式灵活性较差，很难实现无死角监控的目的，这就需要通过安排安保人员轮流巡逻以弥补不足。但近年来，随着人力成本的不断上升，致使各企事业单位在安防工作方面的投入成本也在不断加大，影响了经济效益。
基于传统安防工作模式存在的问题和不足，现阶段本领域正在研究和探索“固定摄像头+中控室+机器人巡逻”的安防工作模式，利用机器人代替安保人员执行24小时巡逻任务，以增强安防效果，节约人力成本，还可以通过机器人实施报警、考勤、迎宾工作，提高友好度。在机器人代替安保人员执行安防任务的过程中，人是其需要打交道的重要对象，包括主人、客人以及非法入侵者等多种角色，这就要求其具备能够准确地探测、跟踪人体的能力。
目前，在人体探测领域应用的技术主要包括以下几种：(1)基于图像处理的技术，其通过摄像头采集图像，再通过特征提取与识别的方法检测并定位人体。基于固定摄像头的安防技术相对较为成熟，但移动摄像头的图像识别准确率偏低，难以满足机器人移动巡逻的使用要求。(2)基于被动式红外摄像头的技术，这种摄像头通过红外线可以准确地探测到人体等发热物体，适用于野外场景，但其价格昂贵、条件要求较高，主要用于军事。(3)基于人体感应开关的技术，人体感应开关灵敏度较高，能够检测一定区域内(例如，检测角度120度左右，距离0～10米左右的区域)的移动人体，但体感应开关只能探测一定区域内是否存在人体，而不能实现准确定位，其常被用于自动门、走廊灯等场景。(4)基于Kinet等体感类设备的技术，Kinect是微软推出的Xbox360游戏机体感设备，具备采集深度图像的能力，通 过特定算法可以实时地检测到距离0～4米、53°范围内的人体，并能确定人体的精确位置和姿势，Kinect目前主要用于体感交互、游戏控制、机器导航等领域。尽管目前已有众多人体探测的技术，但单一地将其应用于移动机器人，代替安保人员执行安防工作，很难满足机器人需要精确地探测到人体并实现跟踪的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种机器人系统及基于该机器人系统的人体探测和跟踪方法，机器人系统具有实施容易、安全可靠、准确率高的优点；基于该机器人系统的人体探测和跟踪方法具有容易实现、执行效率高的优点；通过本发明可以使机器人系统实现360°无死角的人体探测和跟踪目的。
为解决现有技术中基于单一人体探测技术不适用于移动机器人，不能实现精确探测和跟踪人体的技术问题，本发明提供的一种机器人系统包括设有移动功能机构的机器人本体，还包括由多个人体感应开关组成的人体感应开关阵列，和一个体感摄像装置，其中多个人体感应开关安装在机器人本体上并沿机器人本体的周向均匀分布，其中体感摄像装置安装在机器人本体上并处于人体感应开关阵列的上方。
优选地，本发明提供的一种机器人系统，其中所述人体感应开关阵列包含四个人体感应开关，四个人体感应开关距离地面的高度均为0.75m，所述体感摄像装置距离地面的高度为1m，体感摄像装置的拍摄角度成水平状态设置。
本发明还提供了一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，包括以下步骤：
一、启动机器人系统进行监控，让体感摄像装置和人体感应开关阵列中的所有人体感应开关均处于正常工作状态；
二、人体感应开关阵列中的各个人体感应开关对其各自探测角度度范围内的区域进行探测，并根据是否探测到人体产生相应的输出信号，所有人体感应开关的输出信号按顺序组合构成人体感应开关阵列的输出信号集合；
三、体感摄像装置对其探测角度范围内的区域进行探测，并根据是否探测到人体产生相应的输出信号；
四、根据人体感应开关阵列的输出信号集合和体感摄像装置的输出信号，机器人本体做特定的动作以实现人体探测和跟踪目的，所述特定动作包括静止、旋转和移动三种动作状态。
进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，在所述步骤四中，具体包括以下步骤：
(一)当人体感应开关阵列和体感摄像装置均没有探测到人体时，机器人本体保持静止状态；
(二)当人体感应开关阵列探测到人体，而体感摄像装置没有探测到人体时，根据人体感应开关阵列的输出信号集合确定人体所处的角度范围，机器人本体据此做相应的旋转和移动动作；
(三)当人体感应开关阵列和体感摄像装置均探测到人体时，根据体感摄像装置的输出信号确定人体的精确位置，机器人本体据此做相应的旋转和移动动作。
进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，在所述步骤(二)中，机器人本体做相应的旋转和移动动作遵循以下规则：
机器人本体做旋转动作，使人体处于体感摄像装置的探测角度范围内；
机器人本体做相对于人体方向的移动动作，使人体处于体感摄像装置的探测距离范围内。
进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，在所述步骤(三)中，机器人本体做相应的旋转和移动动作遵循以下规则：
机器人本体做旋转动作，使人体处于体感摄像装置正前方的方向；
机器人本体做相对于人体方向的移动动作，当机器人本体和人体之间的距离达到预定值后，机器人本体停止移动。
进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其中所述根据人体感应开关阵列的输出信号集合确定人体所处的角度范围，遵循以下判断规则：
①Bt中有且仅有第n个元素的值为1时，则认为人体处于该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内，
θ∈[αn-Δ/2，αn+Δ/2]                       [1] 
②Bt中有且仅有第n和第n+1两个相邻元素的值为1时，则认为人体处于该两个元素对应的两个人体感应开关的探测角度范围的重叠区域内，
θ∈[αn+1-Δ/2，αn+Δ/2]                        [2] 
③Bt中有两个不相邻的元素的值为1或三个以上的元素的值为1时，滤除Bt和Bt-1两个集合中元素值同为1的元素后，再依据①或②的规则判断人体所处方位角度范围；
④前述三种情况均不符合时，则认为人体所处方位角度范围为，
θ∈[0，360]                              [3] 
在上述①、②、③、④项和公式[1]、[2]、[3]中，表人体感应 开关阵列在t时刻的输出信号集合，表示人体感应开关阵列在t-1时刻的输出信号集合，θ表示人体所处角度范围，αn表示人体感应开关阵列中第n个人体感应开关在以机器人本体为原点的坐标系中的安装位置角度，Δ表示人体感应开关的探测角度范围，Bt和Bt-1集合中的某个元素的值为0时，表示该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内没人，某个元素的值为1时，则表示该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内有人；θ∈[0，360]时，表示人体所处的方位角度范围无法直接判断。
进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其中所述根据体感摄像装置的输出信号确定人体的精确位置，遵循以下规则：
⑤人体相对于体感摄像装置正前方的方位角度为，
β＝arctan(x/y)                            [4] 
⑥人体相对于机器人本体的距离为，
d=x2+y22---[5]]]>
在上述⑤、⑥项和公式[4]、[5]中，x和y分别表示人体在以机器人本体为原点的三维坐标系中的x坐标值和y坐标值，其中x和y够成的平面平行了地面。
进一步地，本发明提供的一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，其中所述机器人本体的移动功能机构采用两驱动轮差动结构，机器人本体所做旋转和移动动作采用PID反馈式控制方式，并满足以下条件，
⑦角度偏差和距离偏差分别为：
eθ＝θ-0                        [6] 
ed＝d-0.8                     [7] 
⑧移动速度和旋转速度分别为：
$$V=P_d\times e_d\+I_d\times {\Sigma e}_d\+D_d\times (e_d^t-e_d^{t-1})\[8\]$$]]>
VA=Pθ×eθ+Iθ×Σeθ+Dθ×(eθt-eθt-1)---[9]]]>
⑨左轮的速度和右轮的速度分别为：
v1＝V-Vθ                            [10] 
v2＝V+Vθ                            [11] 
在上述⑦、⑧、⑨项和公式[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]中，θ表示人体相对于机器人本体正前方的实时角度，θ-0表示优先保障θ＝0，d为人体相对于机器人本体的实时距离，0.8为预设的机器人本体距离人体的目标值，当达到目标值时机器人本体停止移动； Pd，Id，Dd，Pθ，Iθ，Dθ为移动速度和旋转速度的PID控制参数。
需要特别说明的是，本发明中所说的角度范围均指在以机器人本体为原点的坐标系中的角度范围。
本发明一种机器人系统及基于机器人系统的人体探测和跟踪方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过在具备移动功能机构的机器人本体上设置人体感应开关阵列和体感摄像装置，融合了人体感应开关和体感摄像装置的优点，即人体感应开关灵敏度高、探测范围大的特性以及体感摄像装置精度高的特性，同时结合机器人的移动功能，使机器人系统具备了360°无死角、高准确率的人体探测与跟踪能力，实际应用表明，通过本发明机器人系统的人体探测和跟踪准确率达98％以上。具体为：通过人体感应开关阵列探测环绕机器人本体的一定半径的圆形区域内是否存在人体，并产生相应的人体感应开关阵列输出信号集合，当存在人体时，跟据输出信号集合确定人体在以机器人本体为原点的坐标系中的角度范围，机器人本体跟据人体所处的角度范围做旋转动作，使人体处于体感摄像装置的探测角度范围内，并做相对于人体的靠近移动，当人体处于体感摄像装置的探测距离范围内后，体感摄像装置根据自身的输出信号就可以确定人体相对于其正前方的精确方位角度和人体与机器人本体之间的精确距离，机器人本体就可做精确的旋转和相对人体的靠近移动动作，从而实现准确地人体探测和跟踪的目的，当机器人本体距离人体的距离达到预定值时，机器人本体停止移动，并进行后续的验证、考勤、报警等工作。本发明提供的基于机器人系统的人体探测方法容易实现，执行效率高。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种机器人系统及基于机器人系统的人体探测和跟踪方法作进一步详细说明：
附图说明
图1为本发明一种机器人系统的俯视图；
图2为本发明一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法的流程图。
具体实施方式
首先需要说明的是，本发明既提供了一种机器人系统，又提供了基于该机器人系统的人体探测和跟踪方法。
作为一种机器人系统的具体实施方式，如图1所示，包括设有移动功能机构的机器人本体1、由四个人体感应开关组成的人体感应开关阵列2、和一个体感摄像装置3，把四个人体 感应开关安装在机器人本体1上，并使四个人体感应开关沿机器人本体1的周向均匀分布，同时把体感摄像装置3也安装在安装在机器人本体1上，并使其处于人体感应开关阵列2的上方。作为具体实施方式，本发明将四个人体感应开关距离地面的高度均设置为0.75m，并将体感摄像装置3距离地面的高度设置为1m，同时使体感摄像装置3的拍摄角度成水平状态设置。这种结构设置能保证人体处于人体感应开关和体感摄像装置3在纵向上的探测区域，避免了因位置设置得过高或过低影响探测准确性的问题。
需要说明的是，本发明一种机器人系统中人体感应开关阵列2包含的人体感应开关不限四个，也可以设置三个或四个以上。但人体感应开关的数量不宜过多，也不宜过少，设置合理的人体感应开关数量，不但能保证人体感应开关阵列2探测人体的准确度，也可保证探测速度，人体感应开关的设置数量还应跟据使用的具体产品而定，不同的产品其探测距离和探测角度范围不同，但总体上应保证人体感应开关阵列2中的所有人体感应开关的探测角度加在一起可以覆盖机器人本体周围360°的区域，确保无死角。作为具体实施方式，本发明采用的人体感应开关的探测距离为0～10m，探测角度为120°；体感摄像装置3采用华硕Xtion体感摄像头，使用的是OpenN1开源函数库中提供的人体姿态识别方法，体感摄像装置3的最佳探测距离为0.5～4m，探测角度范围为53°。体感摄像装置3也可以采用Kinect体感摄像头，并使用其自带的SDK中提供的人体姿态识别方法。
本发明提供的基于机器人系统的人体探测和跟踪方法，总体上包括以下步骤：
一、启动机器人系统进行监控，让体感摄像装置3和人体感应开关阵列2中的所有人体感应开关均处于正常工作状态；
二、人体感应开关阵列2中的各个人体感应开关对其各自探测角度度范围内的区域进行探测，并根据是否探测到人体产生相应的输出信号，所有人体感应开关的输出信号按顺序组合构成人体感应开关阵列2的输出信号集合；
三、体感摄像装置3对其探测角度范围内的区域进行探测，并根据是否探测到人体产生相应的输出信号；
四、根据人体感应开关阵列2的输出信号集合和体感摄像装置3的输出信号，机器人本体1做特定的动作，从而实现人体探测和跟踪功能，机器人本体1所做的特定动作包括静止、旋转和移动三种动作状态。
在上述步骤四中，机器人本体1做特定动作遵循以下规则：
(一)当人体感应开关阵列2和体感摄像装置3均没有探测到人体时，机器人本体1保持静止状态，在原位不动；
(二)当人体感应开关阵列2控测到人体而体感摄像装置3没有探测到人体时，根据人体感应开关阵列2的输出信号集合确定人体所处的角度范围，机器人本体1做相应的旋转和移动动作；
(三)当人体感应开关阵列2和体感摄像装置3均探测到人体时，根据体感摄像装置3的输出信号确定人体的精确位置，机器人本体1做相应的旋转和移动动作。
在上述步骤(二)中，机器人本体1做相应的旋转和移动动作遵循以下规则：
确定人体的所处的角度范围后，机器人本体1做旋转动作，使人体处于体感摄像装置3的探测角度范围内；
机器人本体1做相对于人体方向的移动，使人体处于体感摄像装置3的探测距离范围内。
在上述步骤(三)中，机器人本体1做相应的旋转和移动动作遵循以下规则：
确定人体的精确位置后，机器人本体1做旋转动作，使人体处于体感摄像装置3正前方的方向；
机器人本体1做相对于人体方向的移动，机器人本体1和人体之间的距离达到预定值后，机器人本体1停止移动，并进行后续的验证、报警、考勤等工作。
需要说明的是，在上述机器人本体1做相应的旋转和移动动作，并不是严格意义上的先做旋转动作，再做移动动作，跟据机器人本体上的移动功能机构，也可以同时进行两个动作。上述表述方式只是为表述方便而进行的区分。
在上述根据人体感应开关阵列2的输出信号集合确定人体所处角度范围，应遵循以下判断规则：
①Bt中有且仅有第n个元素的值为1时，则认为人体位于该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内，
θ∈[αn-Δ/2，αn+Δ/2]                    [1] 
②Bt中有且仅有第n个和第n+1个元素的值为1时，则认为人体位于该两个元素对应的两个人体感应开关的探测角度重叠范围内，
θ∈[αn+1-Δ/2，αn+Δ/2]                       [2] 
③Bt中有多于元素的值为1时，比较Bt和Bt-1两个集合中的元素值，首先去掉Bt与Bt-1中元素值同为1的部分后，再依据①或②判断人体所处方位角度；
④前述三种情况均不符合时，则认为人体所处方位角度为，
θ∈[0，360]                                 [3] 
根据上面的四项规则，在获得人体感应开关阵列2的实时输入信号集合后，就可以实时得出人体所处的角度范围。在①、②、③、④项和公式[1]、[2]、[3]中，表人体感应开关阵列2在t时刻的输出信号集合，表示人体感应开关阵列2在t-1时刻的输出信号集合，θ表示人体所处方位角度，αn表示人体感应开关阵列2中第n个人体感应开关在以机器人本体1为原点的坐标系中的安装位置角度，Δ表示人体感应开关阵列2中的人体感应开关的探测角度范围，Bt和Bt-1中的某元素值为0时表示该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内没人，某元素值为1时则表示该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内有人；θ∈[0，360]时，表示人体感应开关阵列2中的所有人体感应开关均没有探测到人体或人体所处的方位角度无法直接判断。
在上述根据体感摄像装置3的输出信号确定人体的精确位置，应遵循以下规则：
⑤人体相对于体感摄像装置(3)正前方的角度为，
β＝arctan(x/y)                          [4] 
⑥人体相对于机器人本体(1)的距离为， 
d=x2+y22---[5]]]>
在⑤、⑥项和公式[4]、[5]中，x和y分别表示人体在以机器人本体1为原点的三维坐标系中的x坐标值和y坐标值，其中x和y够成的平面平行了地面。
作为具体实施方式，本发明机器人本体1的移动机构采用两驱动轮差动结构，机器人本体1所做的旋转和移动动作采用PID反馈式控制方式，并满足以下条件，
⑦角度偏差和距离偏差分别为：
eθ＝θ-0                        [6] 
ed＝d-0.8                        [7] 
⑧移动速度和旋转速度分别为：
$$V=P_d\times e_d\+I_d\times {\Sigma e}_d\+D_d\times (e_d^t-e_d^{t-1})---\[8\]$$]]>
VA=Pθ×eθ+Iθ×Σeθ+Dθ×(eθt-eθt-1)---[9]]]>
⑨左轮的速度和右轮的速度分别为：
v1＝V-Vθ                            [10] 
v2＝V+Vθ                            [11] 
在上述⑦、⑧、⑨顶和公式[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]中，θ表示人体相对于机器人本体1正前方的实时角度，θ-0表示优先保障θ＝0，d为人体相对于机器人本体1的实时 距离，0.8为设定的机器人本体1距离人体的目标值，当达到目标值时机器人本体1停止移动；Pd，Id，Dd，Pθ，Iθ，Dθ为移动速度和旋转速度的PID控制参数。
需要特别指出的是，本发明所述的角度、角度范围均指在以机器人本体为原点的坐标系中的角度、角度范围。
为帮助本领域的技术人员理解本发明，下面以实施例的方式并结合流程图对本发明一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法的执行过程作进一步详细说明：
如图1所示，本实施例中，人体感应开关阵列2的四个人体感应开关环绕机器人本体1在360°范围内均匀分布安装，使四个人体感应开关距离地面高度设为0.75米。所采用的人体感应开关的探测距离通常为0～10米，探测角度范围通常为120°。四个人体感应开关在以机器人本体1为原点的坐标系中的安装位置分别定义为0°、90°、180°和270°，则0°位置的人体感应开关的探测角度范围为[0*90-120/2，0*90+120/2]；90°位置的人体感应开关的探测角度范围为[1*90-120/2，1*90+120/2]；180°位置的人体感应开关的探测角度范围为[2*90-120/2，2*90+120/2]；270°位置的人体感应开关的探测角度范围为[3*90-120/2，3*90+120/2]。由此可知，四个人体感应开关的探测角度范围合在一起覆盖了机器人本体1周围的360°范围，而且相邻的两个人体感应开关的探测角度范围存在重叠区域。
本发明使用集合表示t时刻人体感应开关2的输出信号集合；使用集合表示t-1时刻人体感应开关2的输出信号集合；当Bt或Bt-1集合中的某个元素的值为0时表示该元素对应的人体感应并关的探测角度范围内没有人，当某个元素的值为1时表该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内有人。
考虑到人体感应开关的延时效应，人体感应开关阵列2探测并确定人体所处的角度范围采用如下判断规则：
当Bt集合中有且仅有一个元素的值为1时，其余的元素值为0时，则认为人体位于该元素对应的人体感应开关的探测角度范围内，假设该元素对应的人体感应开关的安装位置为第n个，则人体所处的方位角为：θ∈[n*90-120/2，n*90+120/2]；
当Bt集合中有且仅有两个相邻的元素值为1，其余的元素值为0时，则认为人体位于这两个元素对应的人体感应开关的探测角度范围的重叠区域内，假设这两个相邻的人体感应开关的安装位置分别为第n个和第n+1个，则人体所处的角度范围为：θ∈[(n+1)*90- 120/2，n*90+120/2]；
当Bt集合中有两个不相邻的元素的值为1或三个以上的元素的值为1时，比较Bt和Bt-1，滤除两个集合中元素值同为1的元素后，再依据①或②的规则判断人体所处角度范围；
当前三种情况均不符合时，认为人体所处方位角无法直接判断，则人体所处角度范围为：θ∈[0，360]。
上述中，θ表示人体所处角度范围。
本实施例中，体感摄像装置3采用华硕Xtion体感摄像头，安装在机器人本体1的正前方，并使其距离地面高度设为1米，拍摄角度成水平状态设置。Xtion体感摄像头可同时采集机器人正前方53°角度范围内的深度图像与彩色图像，有效探测距离为0.5～4米，通过OpenN1开源函数库中提供的人体姿态识别方法，Xtion体感摄像头可准确的得出探测到的人体相对于体感摄像头正前方的方位角度，以及人体相对于机器人本体1的距离。
体感摄像装置3探测并确定人体的精确位置遵循的规则如下：
人体相对于体感摄像装置3正前方的角度为：β＝arctan(x/y)
人体相对于机器人本体1的距离为：
其中，x和y分别表示人体在以机器人本体为原点的三维坐标系中的x坐标值和y坐标值，且x和y够成的平面平行地面。
在机器人系统中的各部分准备完成后，就可以使机器人系统进行人体探测和跟踪工作，并在到达预定位置后执行后续的验证、考勤、报警等功能。
为表述方便，本发明将人体感应开关阵列2和体感摄像装置3的输出信号分为三种状态：
A：人体感应开关阵列2和体感摄像装置3均没有探测到人体；
B：人体感应开关阵列2探测到人体，而体感摄像装置3没有探测到人体，此时，依据人体感应开关阵列2的输出信号集合，可获知人体处在以机器人本体1为原点的坐标系中的角度范围；
C：人体感应开关阵列2和体感摄像装置3均探测到人体，此时，依据体感摄像装置3的输出信号可获知人体相对于体感摄像装置3正前方的精确方位角度，以及人体相对于机器人本体1的精确距离。
如图2所示，本发明一种基于机器人系统的人体探测和跟踪方法的执行过程如下：
步骤一、启动机器人系统启动，使体感摄像装置3和人体感应开关阵列2中的所有人体感应开关处于正常工作状态，进入对人体的探测和跟踪状态。
步骤二、当人体感应开关阵列2检测到人体时，开启基于体感摄像装的人体探测，如果人体感应开关阵列2和体感摄像装置3的输出信号为B状态时，则执行下述步骤三，如果人体感应开关阵列2和体感摄像装置3的输出信号为C状态时，侧执行下述步骤四。
步骤三、根据人体感应开关阵列2的输出信号集合，计算得出人体所处的角度范围，机器人本体根据该角度范围做旋转动作，使人体处于体感摄像装置的探测角度范围内，同时机器人本体并做相对于人体方向的移动动作。在本步骤中，任何时候当人体感应开关阵列2和体感摄像装置3的输出信号由C状态转为B状态时，均结束当前控制，并跳至下述步骤四。
在该步骤中，如果根据人体感应开关阵列2的输出信号集合得出的人体所处的角度范围相对较为具体，则机器人本体1直接将体感摄像装置的正前方旋转到对准该角度范围的中心位置；如果根据人体感应开关阵列2的输出信号集合得出的人体所处的角度范围为0～360度，则机器人本体1原地旋转一圈。在机器人本体的旋转和移动过程中，采用基于PID的航向角控制，且使机器人本体的旋转速度恒定。
步骤四、根据体感摄像装置3的输出信号，计算得出人体相对于体感摄像装置3正前方的精确方位角度，以及人体相对于体感摄像装置3的距离，机器人本体1依此做旋转和相对于人体的靠近移动动作，并在距离人体达到预设值后停止动作。机器人系统可跟据安防处理程序，启动后续的如身份验证、交互等工作。在该步骤中，如果机器人本体在跟随人体的过程中，当人体丢失时则跳转至步骤三。
需要说明的是，在上述步骤三中，如果执行的时间超出预设10秒时间，则认为存在异常人体入侵，机器人可向监控中心发出报警信号，同时机器人也可发出警告声音等。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计原理和精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。