CN103419204A - 划拳机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种划拳机器人系统，用来与人类进行交互式的划拳游戏，其主要包含：一划拳决策单元，依据该人类划拳动作及/和语音产生的一出拳输入信息，相对决定一出拳输出信息，其中该出拳输出信息包含一对抗的划拳动作及/或对抗数字；一机器人本体，其具有一划拳动作显示部以用于表现该对抗划拳动作；一计算机主控单元，决定该机器人本体的划拳动作显示部，表现该对抗划拳动作的适当时间，并依据该划拳决策单元决定的出拳输出信息，发出对应指令来控制该机器人本体的划拳动作显示部，使其于该适当时间内表现出该对抗划拳动作；以及一对抗数字输出单元，依据该划拳决策单元所决定的出拳输出信息，以语音形式来输出至少一个对抗数字。

Description

划拳机器人系统

技术领域

本发明涉及一种划拳机器人系统，特别是一种具有高度自主性的划拳机器人系统。

背景技术

由于现代科技的迅速发展，有关机器人的结构及控制也不断地推陈出新，目前业已逐渐发展出可应用于各种领域的专业型机器人，使其不再局限于早期的工业用机器人或生产在线的装配用机械手臂。如台湾发明专利公开号第201132393号即揭露一种游戏机器人100，可用于执行例如”比手划脚”的游戏活动，其包含一机械本体110与一分析模块120，该机器人100能接收一远程服务器所发送来的至少一动作脚本数据，而每一动作脚本数据中则包含至少一个动作设定指令。分析模块120用以分析动作脚本资料，并通过动作脚本数据将一连串的动作设定指令输出至机械本体110，而使该机械本体110通过动作设定指令，来与参加游戏的人类互动。然而，由于该类型机器人只能通过事先设定好的动作脚本数据，而单纯地执行粗糙或呆板的四肢动作，同时无法依据及分析参与游戏活动的人类所作的不同动作，并通过策略运算而作出不同的自主性反应，也无法因而作出较细腻的肢体动作，因而使得该类游戏机器人的互动性较差，较难维持娱乐效果。

发明内容

为解决前述现有技术的问题，本发明的一主要目的在于提供一种划拳机器人系统，用来与人类进行交互式的划拳游戏，以计算机视觉或听觉或触觉技术来获知由人类划拳动作及/和语音所产生的出拳输入信息(其可包含如手掌所显示的划拳动作及/或嘴里所喊出的对抗数字)，通过该划拳机器人系统的划拳决策单元进行运算，并进而决定一出拳输出信息，该出拳输出信息可以包含例如一对抗的划拳动作及/或一对抗的数字，并藉此令其的机械手掌的手指作出该对抗划拳动作及/或发出代表该对抗数字的语音，藉此将所有组件整合于一体，而使得该机器人可以完全自主性地与人类进行划拳，同时因该机器人与人类的互动性较高并具有人工智能而藉此将可以维持高度的娱乐效果。

为达成上述发明目的，本发明提供一种划拳机器人系统，用来与人类进行交互式的划拳游戏，其主要包含：一划拳决策单元，通过该人类的划拳动作及/和语音而产生一出拳输入信息，并相对地决定一出拳输出信息，该出拳输出信息包含对抗的划拳动作及/和对抗数字；一机器人本体，其具有一用于表现该对抗划拳动作的划拳动作显示部；一计算机主控单元，其可决定该机器人本体的划拳动作显示部表现该对抗划拳动作的适当时间，并通过该划拳决策单元决定的出拳输出信息，而发出对应指令并控制该机器人本体的划拳动作显示部，而于该适当时间内表现出该对抗划拳动作；以及一对抗数字输出单元，通过该划拳决策单元所决定的出拳输出信息，而以语音形式来输出至少一个对抗数字。

依据本发明的一实施例中，该划拳决策单元包含一用于决定该出拳输出信息的随机数逻辑。

依据本发明的一实施例中，该划拳机器人系统还具有一计算机视觉识别单元，其包含一用于捕捉人类的划拳动作的图像的图像抓取模块，以及一用于分析该图像以获得该出拳输入信息的图像处理模块，并将该出拳输入信息提供予该划拳决策单元，以使得该划拳决策单元可以依据单条或多条出拳输入信息，来决定较优选的出拳输出信息。依据本发明的一实施例中，该划拳机器人系统还具有一计算机听觉识别单元，其包含用于分析该语音内容以获得该出拳输入信息的至少一语音接收模块以及一音频信号处理模块，以依据人类所发出的一代表对抗数字的语音，而获得该出拳输入信息并将该出拳输入信息提供予该划拳决策单元，进而使得该划拳决策单元可以依据单条或多条的出拳输入信息，来决定该划拳机器人系统的较优选的出拳输出信息。依据本发明的一实施例中，该划拳机器人系统还包含至少一计算机触觉识别单元，包含用于感知参与该划拳游戏的人类的每根手指的伸出状态的至少一动作感知模块，以及用于将该手指伸出状态转换成出拳输入信息并实时传给该划拳决策单元的一信号处理模块，以使得该划拳决策单元可以依据单条或多条出拳输入信息，来决定该划拳机器人系统的较优选出拳输出信息。

依据本发明的一实施例中，该机器人本体的划拳动作显示部可以包含至少一只具有复数根手指的机械手掌，该至少一机械手掌可直接连结于该机器人本体，或是连结于从该本体延伸出的一机关手臂上，且该至少一机械手掌所表现的对抗划拳动作可以包含任一手指弯曲的动作，或任一根手指单独伸直的动作，或是该复数只手指一起伸直或弯曲的动作。依据本发明的一实施例中，该机器人本体还具有传动控制机制，其可以通过该对应指令来执行该机械手掌的对抗划拳动作。

依据本发明的一实施例中，该机器人本体的划拳动作显示部包含一显示屏，用于显示一手掌所作出的对抗划拳动作。依据本发明的一实施例中，该机器人本体还包含一仿真的机械头颅，其具有一包含部分或所有五官的人工脸皮，并可依据该划拳游戏的结果而产生至少两种表情。

依据本发明的一实施例中，该划拳机器人系统还包含一划拳信息输入单元，其包含一电性连接于该计算机主控单元的触控显示屏或键盘，以用于记录由该人类划拳动作及/和语音产生的出拳输入信息(即该出拳输入信息)，其包含该人类的每根手指所作出的划拳动作及/或该人类所发出的代表对抗数字的语音，该被记录的出拳输入信息会通过该计算机主控单元而传输至该划拳决策单元，以使得该划拳决策单元可以依据单条或多条记录出拳输入信息，来决定较优选的出拳输出信息。

依据本发明的一实施例中，该对抗数字输出单元具有一语音产生模块，用于对外发出代表该对抗数字的语音。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1依据本发明的较优选实施例的划拳机器人的架构图。

具体实施方式

本发明的数个较佳实施例借助所附图式与下面的说明作详细描述，在不同的图式中，相同的组件符号表示相同或相似的组件。

本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。实施例中的各组件的配置是为了清楚说明本发明揭示的内容，并非用以限制本发明。同实施例中图式标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施例间的关联性。

请先参阅图1，为依据本发明的一较优选实施例的划拳机器人系统10，其可用来与人类进行交互式的划拳游戏，其主要基本组成包含：一计算机主控单元20、一划拳决策单元26、一机器人本体30、一对抗数字输出单元31、一计算机视觉识别单元40、一计算机听觉识别单元50、一计算机触觉识别单元60以及一划拳信息输入单元80，其中该计算机视觉识别单元40、计算机听觉识别单元50、计算机触觉识别单元60以及划拳信息输入单元80中的任一单元，通过该名参与划拳游戏的人类的手指所作的划拳动作，及/或以人类语音所发出的对抗数字等等讯息(即包含划拳动作及/或代表对抗数字的语音)，而分别产生至少一数码出拳输入信息。

该划拳决策单元26可以为一计算机程序，其包含一随机数逻辑或一划拳运算逻辑，根据该人类的划拳动作及/或语音产生的出拳输入信息进行运算，以相对决定一出拳输出信息(待后详述)。该划拳运算逻辑的软件可以包含各种类型的划拳规则，譬如划各国酒拳，或甚至是剪刀、石头、布的游戏规则，因此该划拳决策单元26的「出拳输出信息」本身，虽然是一种可以供该计算机主控单元20读取的数码格式信息，但此「出拳输出信息」内部更包含了最终可使该机器人本体30，仿真出手掌在划酒拳时手掌伸出手指的对抗划拳动作以及嘴里喊出的对抗数字，或是作出例如剪刀、石头或布的特定手指动作的对抗划拳动作，亦即该计算机主控单元20会根据该「出拳输出信息」来产生对应的控制指令，以令该机器人本体30仿真出与人类划拳时所需的剪刀、石头、布等手势，或是以任意手指伸出组合的对抗划拳动作及/或嘴里所需喊出的对抗数字等等动作。

该机器人本体30，可由一传动控制机制32、至少一机械手掌34、至少一机械手臂36及一机械头颅38所组成。该传动控制机制32可以包含例如各类马达控制器、马达、执行器或气压控制或液压控制或电磁控制组件等等，根据计算机主控单元20所传来的上述控制指令，而使得该至少一机械手掌34执行特定的对抗划拳动作。于本实施例中，该至少一机械手掌34即为一划拳动作显示部，其可具有例如五根手指的复数根手指的仿真手掌，该至少一机械手掌34可直接连结于该机器人本体30或连结于从该本体30所延伸出的机械手臂38上。该机器人本体30的机械手掌34根据上述控制指令，而对外表现出「对抗划拳动作」，该「对抗划拳动作」至少包含：仿真出任一手指弯曲的动作、任一根手指单独伸直的动作、该复数只手指一起伸直的动作，或该复数只手指一起弯曲的动作(如握拳)，因此其可以作出在划酒拳或猜拳中的上述剪刀、石头、布或任意手指伸出的组合等的对抗划拳动作。该机械头颅38可以为一仿真的机械头颅，其具有一包含部分或全部五官的人工脸皮，并可依据该划拳游戏的结果来产生至少两种表情，譬如根据划拳游戏结果而作出高兴或失望的表情。

于另一实施例中，该机器人本体30，亦可内建或外接一显示屏(未显示)，以作为一划拳动作显示部以显示一画面，该画面可以仿真显示出上述对抗划拳动作的手掌。

该计算机主控单元20可以包含中央处理器、单片机或各类型信号处理器，以及各种控制接口或缓存器。前述该划拳决策单元26亦可内嵌于该计算机主控单元20中，并可连接至例如RAM或ROM的一数据储存单元22，并储存以人类划拳动作及/和语音来产生的出拳输入信息，或该划拳决策单元26所决定的出拳输出信息，或是划拳机器人系统10的胜负次数计算。该计算机主控单元20主要用于协调该划拳机器人系统10中的各单元的信号处理，并用于决定该机器人本体30的划拳动作显示部(如机械手掌34)，进行表现该对抗划拳动作的一段适当时间，并根据该划拳决策单元26所决定的出拳输出信息，而发出对应的控制指令来控制该机器人本体30的划拳动作显示部(例如机械手掌34)，而于该适当时间内表现出该对抗划拳动作。

该对抗数字输出单元31，可以使用语音形式来输出至少一个代表该上述出拳输出信息中的对抗数字，以供参加划拳游戏的人类得知，以使得该划拳机器人系统10可以如同是一边划酒拳，而以手掌的手指伸出状态来显示对抗划拳动作，或以显示屏来显现代表手掌的手指伸出状态的图像，同时一边却可同时喊出例如3的对抗数字一般。譬如以一种非常普遍的划酒拳为例，参加比赛的人类和机器人需于同时使用手掌(机器人可能使用手掌的图像)，来展现一对抗划拳动作并喊出对抗数字。如仅有一方所喊出的对抗数字等于双方划拳动作所代表的数字的总合时，该方便赢得该次划拳。于本实施例中，该对抗数字输出单元31，具有一例如喇叭或扩音放大器的语音输出模块314，用于对外发出代表该对抗数字的语音，该代表数字的语音可以使用预录的语音档。

此外，本发明还可以利用计算机视觉识别单元40、计算机听觉识别单元50，以及计算机触觉识别单元60中的任一单元，以使得本发明的划拳机器人系统10的划拳决策单元26，可以迅速地感知该人类的划拳动作及/和语音，来产生出拳输入信息(如包含人类手指所作的划拳动作为何，及/或以其人类语音发出的对抗数字为多少)，其中该计算机视觉识别单元40可以包含一例如攝像機的图像抓取模块42，其可用于捕捉参加划拳游戏的人类所作出的划拳动作的图像(例如该人类手掌上各手指的伸出状态)，以及一图像处理模块44，其可用于分析该图像以判断出该人类所产生的出拳输入信息(如人类手指比出那一个数字或者是属于剪刀、石头或布等等的手势)，并通过该计算机主控单元20来将该出拳输入信息提供予该划拳决策单元26参考，以使得该划拳决策单元26可以依据单条或多条出拳输入信息(可储存于该数据储存单元22中)，来决定出较优选的出拳输出信息。

该计算机听觉识别单元50，包含至少一例如收音麦克风的语音接收模块52，以依据参加划拳游戏的人类所发出的代表对抗数字的语音，以及一音频信号处理模块54，用于分析该语音内容以获取例如对抗数字的该出拳输入信息，并通过该计算机主控单元20来将该出拳输入信息提供予该划拳决策单元26参考，进而使得该划拳决策单元26可以依据单条或多条出拳输入信息(可储存于该数据储存单元22中)，来决定出较优选的出拳输出信息。

该计算机触觉识别单元60可以例如是一种供参加划拳游戏的人类配戴的手指状态感知手套，其包含至少一设于该感知手套的每根手指位置中的动作感知模块62(譬如一传感器)，以感知参与该划拳游戏的人类的每根手指的动作状态(例如可实时感知出每根手指的伸直或弯曲状态)，以及一信号处理模块64以将该动作状态转换成该出拳输入信息，并通过该计算机主控单元20而实时传输给该划拳决策单元26参考，进而使得该划拳决策单元26得以依据单条或多条出拳输入信息(可储存于该数据储存单元22中)，来决定出该划拳机器人系统10的较优选的出拳输出信息。需注意的是，本发明的划拳机器人系统10可以仅设置前述计算机视觉识别单元40、该计算机听觉识别单元50及该计算机触觉识别单元60三者之一，即可与该划拳游戏的人类进行互动，而无需一定三者全部皆需设置。

该划拳信息输入单元80可以包含一电性连接于该计算机主控单元20的触控显示屏或键盘，以供一操作人员记录或修正进行该划拳游戏的人类的出拳输入信息(例如先前所感知到的该人类的每根手指所比的划拳动作或是所喊出的对抗数字)，该所记录的出拳输入信息会通过该计算机主控单元20，而传输至该划拳决策单元26(可储存于该数据储存单元22中)，以使得该划拳决策单元26得以依据单条或多条记录的出拳输入信息，来决定出较优选的出拳输出信息。

根据上述说明，可知本发明的划拳机器人系统10依据各类计算机视觉或听觉或触觉的技术，来清楚获知由人类划拳动作及/和语音所产生的出拳输入信息(例如一特定划拳动作及/或对抗数字)，通过该划拳机器人系统10的策略运算来决定一相对的出拳输出信息，譬如一对抗的划拳动作及/或对抗数字，并藉此令机械手掌34的手指作出细致的对抗划拳动作(例如以手指比出该对抗数字)，或是通过显示屏来显示该对抗划拳动作，及/或发声喊出代表该对抗数字的语音，因此本发明将上述所有组件完全整合于一体，以使得该机器人可以完全自主性地与人类进行划拳。

虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，然其幷非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种用来与一人类进行交互式划拳游戏的划拳机器人系统，其其特征在于该划拳机器人系统包含：

一划拳决策单元，通过该人类的一划拳动作及/或一语音所产生的一出拳输入信息，来相对决定一出拳输出信息，其中该出拳输出信息包含一对抗划拳动作及/或一对抗数字；

一机器人本体，具有一划拳动作显示部，用于表现出该对抗划拳动作；

一计算机主控单元，决定该机器人本体的划拳动作显示部，须进行表现该对抗划拳动作的一适当时间，并依据该划拳决策单元决定的该出拳输出信息来发出一对应指令，以控制该机器人本体的该划拳动作显示部，使其于该适当时间内表现出该对抗划拳动作；以及

一对抗数字输出单元，依据该划拳决策单元所决定的该出拳输出信息，以语音形式来输出该对抗数字。

2.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该划拳决策单元包含有用于决定该出拳输出信息的一随机数逻辑。

3.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该划拳机器人系统还具有一计算机视觉识别单元，该计算机视觉识别单元包含有一图像抓取模块以用于捕捉人类的划拳动作的图像，以及一图像处理模块用于分析该图像并获取该出拳输入信息，同时将该出拳输入信息系提供给该划拳决策单元，以使该划拳决策单元可以依据单条或多条的出拳输入信息，来决定较优选的出拳输出信息。

4.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该划拳机器人系统还具有一计算机听觉识别单元，该计算机听觉识别单元包含至少一语音接收模块以接收人类所发出的代表对抗数字的一语音内容，以及一音频信号处理模块用于分析该语音内容并据以获取该出拳输入信息，同时将该出拳输入信息提供予该划拳决策单元，使得该划拳决策单元可以依据单条或多条出拳输入信息，来决定该划拳机器人系统的较优选的出拳输出信息。

5.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该划拳机器人系统还包含至少一计算机触觉识别单元，该计算机触觉识别单元包含至少一动作感知模块用于感知参与该划拳游戏的人类的每根手指的伸出状态，以及一信号处理模块以用于将该手指伸出状态转换成出拳输入信息，并实时传输给该划拳决策单元，使该划拳决策单元依据单条或多条出拳输入信息，来决定该划拳机器人系统的较优选出拳输出信息。

6.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该机器人本体的划拳动作显示部包含至少一只具有复数根手指的机械手掌，该至少一机械手掌可直接连结于该机器人本体，或是连结于从该本体延伸出的一机械手臂上，且该至少一机械手掌可以表现包含任一手指弯曲的动作或任一根手指单独伸直的动作，或是该复数只手指一起伸直或弯曲的动作的对抗划拳动作。

7.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该机器人本体的划拳动作显示部包含有一显示屏，用于显示一作出对抗划拳动作的手掌的画面。

8.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该机器人本体还包含一仿真的机械头颅，其具有一包含部分或所有五官的人工脸皮，并可依据该划拳游戏的结果而产生至少两种表情。

9.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该划拳机器人系统还包含一划拳信息输入单元，其包含一电性连接于该计算机主控单元的触控显示屏或键盘，以用于记录由该人类的划拳动作及/或语音所产生的出拳输入信息，该被记录的出拳输入信息系通过该计算机主控单元而传输给该划拳决策单元，使该划拳决策单元依据单条或多条记录的出拳输入信息，来决定较优选的出拳输出信息。

10.如申请专利范围第1项所述的划拳机器人系统，其特征在于该对抗数字输出单元具有一语音输出模块，用于对外发出代表该对抗数字的语音。

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