CN106737736A - 一种智能画像机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能画像机器人，包括模拟人头部的机器人头部以及模拟人躯体的机器人躯体，机器人躯体具有模拟人手臂的画板托臂和绘画臂，画板托臂上设有画板，绘画臂上接有画笔，机器人头部内设有语音系统和视觉系统，语音系统对应位于机器人头部的嘴部位置并能模拟出人的发音，视觉系统用于拍摄取景而对应位于机器人头部的眼部位置，视觉系统根据比较视景图像与待画图像来调整取景位置，同时由语音系统发音从而进行人机互动，人机互动包括汇报待画图像是否落入视景图像中。本发明能够快速的达成取景位置的调整到位，以适应人体脸部位置，方便准确采集人脸信息.本发明可应用于机器人领域。

Description

一种智能画像机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种智能画像机器人。

背景技术

目前，智能机器人应用是一个热门的研究课题。在许多工业应用中都使用到智能技术，如组装，喷漆和打磨等。机器人应用于绘制图像，是通过使用工业机器人来绘制照相机拍摄的图像，机器人需要根据拍摄的图像进行实时控制，因此，机器人绘图可以展示机器人智能应对不断变化的环境。目前已经有机器人绘图的一些研究。例如，某科研人员使用了4自由度机器人手臂抓住传统的羽毛笔进行人类肖像绘画，也有的科研人员使用Canny算子，使KUKA工业机器人绘制图像的边缘，就像一个人类艺术家。但上述以及类似的机器人应用于绘制人脸图像时，还需要考虑人的身高、所站方位等因素，不方便准确采集所需信息。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种智能画像机器人，方便准确采集人脸信息。

本发明所采用的技术方案是：

一种智能画像机器人，包括模拟人头部的机器人头部以及模拟人躯体的机器人躯体，所述机器人躯体具有模拟人手臂的画板托臂和绘画臂，所述画板托臂上设有画板，绘画臂上接有画笔，所述机器人头部内设有语音系统和视觉系统，语音系统对应位于机器人头部的嘴部位置并能模拟出人的发音，视觉系统用于拍摄取景而对应位于机器人头部的眼部位置，视觉系统根据比较视景图像与待画图像来调整取景位置，同时由语音系统发音从而进行人机互动，所述人机互动包括汇报待画图像是否落入视景图像中。

作为本发明的进一步改进，所述人机互动还包括通过调整视觉系统的取景位置来获取待画图像。

作为本发明的进一步改进，所述人机互动还包括汇报视景图像合适位置与待画图像之间的偏差，从而调整视觉系统的取景位置。

作为本发明的进一步改进，所述机器人头部与机器人躯体通过活动装置连接，活动装置驱动机器人头部的位置变化来调整取景位置，所述语音系统、视觉系统和活动装置均信号相连。

作为本发明的进一步改进，所述活动装置包括水平转向部件，水平转向部件通过驱动视觉系统的转向来调整取景位置。

作为本发明的进一步改进，所述活动装置包括垂直运动部件，垂直运动部件通过驱动视觉系统的竖向运动来调整取景位置。

作为本发明的进一步改进，所述机器人头部内设有嘴部动作控制部件，嘴部动作控制部件与语音系统和视觉系统信号相连并模拟语音系统发音的对应嘴型。

作为本发明的进一步改进，所述机器人头部内设有眼皮动作控制部件，眼皮动作控制部件与语音系统和视觉系统信号相连并模拟眨眼动作。

作为本发明的进一步改进，语音系统和视觉系统电性连接有操控界面，操控界面通过手动输入的方式控制机器人的启停，并且通过手动输入的方式对视觉系统拍摄所得图像进行参数处理和图像输出。

作为本发明的进一步改进，根据图像输出的结果控制画臂伺服模块来驱动绘画臂的动作，画臂伺服模块设置在机器人躯体内。

本发明的有益效果是：本发明根据视觉系统拍摄取景，根据比较视景图像与待画图像来调整取景位置，调整取件位置的过程由语音系统与人进行人机互动，进而能够快速的达成取景位置的调整到位，以适应人体脸部位置，方便准确采集人脸信息。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是智能画像机器人的结构示意图；

图2是图1中A部分的放大示意图；

图3是图1中B部分的放大示意图；

图4是智能画像机器人电路原理示意图；

图5是智能机器人的控制流程图。

具体实施方式

参考图1所示的智能画像机器人，包括模拟人头部的机器人头部以及模拟人躯体的机器人躯体。机器人头部具有头部外壳和在头部外壳内的头部支架7，机器人躯体具有躯体外壳以及在躯体外壳内的躯体骨架8，头部支架7由躯体骨架8支撑，躯体外壳和头部外壳构成了机器人的整体外壳。

其中，机器人躯体具有模拟人两条手臂的画板托臂1和绘画臂，画板托臂1上设有画板2，绘画臂上接有画笔3，一般来说画板托臂1是固定不动的，只有绘画臂驱动画笔3根据程序的指令和轨迹在空间内运动，以在画板2上作画。

参考图2和图4，在机器人头部内还设置有语音系统4和视觉系统5。语音系统4固定在头部支架7中，且对应位于机器人头部的嘴部位置，语音系统4可以至少包括一扬声器，通过计算机程序的控制能模拟出人的发音；所述的视觉系统5至少包括一个固定在头部支架7上的摄像头51，用于对摄像头51范围内进行拍摄取景而对应位于机器人头部的眼部位置。

机器人头部在任一固定的位置时，视觉系统的摄像头51都会有一个视景范围从而能够拍摄出该范围内的视景图像，有时候人脸或者待画图像不一定能落入视景图像中，或者落入视景图像中的位置不对，此时计算机程序可以据此控制机器人头部运动或者控制摄像头51位置的移动来调整取景位置，调整取景位置的过程之中，程序控制语音系统4发音来与人进行人机互动。

上述的人机互动包括以下这些部分：

一、 语音系统4汇报待画图像是否落入视景图像中，对于视景图像内并没有拍摄待画图像的情况，机器人会告知用户该状况；

二、 在未拍摄到待画图像时，程序控制视觉系统摄像头51的取景位置来搜索待画目标，直至待画目标、待画图像落入视景图像内。其中除了视觉系统5的自动调整之外，用户可以调整自身的位置来适应到视景图像中，提高搜索效率；

三、 当待画图像落入到视景图像后，语音系统4汇报视景图像合适位置（例如视景图像中最中心位置）与待画图像之间的偏差，从而自动调整视觉系统5的取景位置。上述中，汇报所述的偏差可以理解成语音系统4告知待画图像位于视景图像合适位置的哪一侧，距离相差多少等，因为具有人机互动的功能，用户还可以根据偏差的提示调节自身的位置来适应到上述的合适位置中。

通过上述的人机互动以及视觉系统5的自动调整，即使人体脸部与视觉系统5存在偏差，实施例的机器人能够很好的适应人体脸部位置，方便准确采集人脸信息。

实施例中，参考图1和图2，机器人头部的头部支架7与机器人躯体的躯体骨架8通过活动装置连接。活动装置的固定端固接在躯体骨架8上，通过驱动头部支架7的位置变化来调整取景位置。躯体骨架8上还安装固定有上位机9，所述的语音系统4、视觉系统5和活动装置均与上位机9信号相连，由上位机9接收信号并发出指令，以协调语音系统4、视觉系统5和活动装置，达到智能调节的效果。

优选的，参考图2，活动装置包括水平转向部件，水平转向部件通过驱动头部支架7上视觉系统5的转向来调整摄像头51的取景位置。所述头部支架7的底端接有并未能图示的颈部关节，水平转向部件可以为安装在躯体骨架8上的第一舵机模块10，该所述第一舵机模块10的输出端连接颈部关节。第一舵机模块10转动驱动以带动头部支架7的水平转向，摄像头51的视景区域会发生改变，从而视景图像也有所不同。实施例中，参考图4，第一舵机模块10是根据视觉系统5的视景图像来由上位机9所驱动。

另外，活动装置还包括垂直运动部件，垂直运动部件通过驱动头部支架7上视觉系统5的竖向运动来调整取景位置。垂直运动部件可以为第二舵机模块11，第二舵机模块11的固定端安装在颈部关节上，输出端连接头部支架7。第二舵机模块11以竖向转动驱动的方式带动头部支架7和摄像头51上下转动，这种上下转动使得摄像头51的视景区域发生改变，从而视景图像也有所不同。参考图4，第二舵机模块11也是根据视觉系统5的视景图像来由上位机9所驱动。

通过第一舵机模块10和第二舵机模块11的配合工作，视觉系统5能够具有多个自由度地来捕捉、搜索待画图像。

为了使得智能画像机器人具有更强的真实感，头部支架7上设有嘴部动作控制部件，优选为第三舵机模块12。第三舵机模块12的固定端安装在头部支架7上，其输出端通过一系列的传动结构连接头部外壳上的肌肉模拟结构。参考图4，第三舵机模块12与上位机9信号连接从而也与语音系统4和视觉系统5信号相连，通过上位机9以及程序对于第三舵机模块12、肌肉模拟结构的控制，来模拟语音系统4发音的对应嘴型。

更进一步，为了获得比上述更强的真实感，头部支架7上设有眼皮动作控制部件，优选为第四舵机模块13。第四舵机模块13的固定端安装在头部支架7上，其输出端通过一系列的传动结构连接头部外壳上的眼皮模拟结构。参考图4，第四舵机模块13与上位机9信号连接从而也与语音系统4和视觉系统5信号相连，通过上位机9以及程序对于第四舵机模块13、眼皮模拟结构的控制，来模拟眨眼的动作。

本智能画像机器人还包括有操控界面6，上位机9信号连接该操控界面6从而操控界面6也信号连接语音系统4和视觉系统5。用户使用操控界面6通过手动输入的方式控制机器人的启停，也可以通过手动输入的方式对视觉系统5拍摄所得图像进行参数处理和图像输出。所述的参数处理可以包括光暗处理、调整黑白度、线条处理等目前通用的图像处理手段，经过参数处理后可以根据需要生成一种或多种的图像样式并进行图像输出。

优选的，参考图3和图4，上述的上位机9信号连接有下位机14，下位机14信号连接有画臂伺服模块，从而控制这个模块的工作，上位机9还信号连接有第五舵机模块15。

具体参考图3，绘画臂包括大臂16、小臂17和腕杆18，画臂伺服模块包括肩关节伺服模块19和肘关节伺服模块20，大臂16通过肩关节伺服模块19连接所述躯体骨架8从而肩关节伺服模块19驱动大臂16沿水平方向旋转；大臂16与小臂17通过肘关节伺服模块20连接，肘关节伺服模块20驱动小臂17在水平方向旋转； 腕杆18和小臂17通过第五舵机模块15连接，第五舵机模块15驱动腕杆18在竖直方向上旋转；画笔3连接在腕杆18上。第五舵机模块15为驱动腕关节的舵机模块。

实施例中根据操控界面6图像输出的结果，通过计算机程序对上述肩关节伺服模块19、肘关节伺服模块20和第五舵机模块15的协调动作，最终控制画笔3在画板2上绘画。

上述实施例的智能画像机器人在躯体骨架8上接有电源接口并采用24VDC电源进行供电。

下面结合图5简单说明智能画像机器人的绘画原理和过程：

画像机器人工作前，电源接口接通24VDC电源。工作时，用户操作操控界面6，发出拍摄指令，视觉系统5在当前视景区域内自动搜寻待画目标，如目标不在视景图像中合适的位置，启动语音系统4，并启动第三舵机模块12和第四舵机模块13，驱动机器人嘴巴和眼皮动作，同时启动第一舵机模块10和第二舵机模块11，驱动机器人头部左右运动和上下运动，进行人机交互，以使目标处于视景图像中合适的位置。当目标处于视景图像中合适的位置时，上位机9发出拍照指令，触发视觉系统5的摄像头51拍照；

之后用户操作操控界面6进行拍照图像参数处理，以选择不同样式的打印输出结果；

图像处理完成后，用户操作操控界面6向上位机9发出画图指令，上位机9向下位机14和第五舵机模块15发出画图指令，下位机14向肩关节伺服模块19、肘关节伺服模块20发出运动指令，分别驱动大臂16、小臂17及腕杆18，使安装于腕杆18上的画笔3，在放于画板2上的纸上画出图像。

上述实施中所涉及的程序还能够根据人脸的复杂曲线自动进行实时机器人路径规划、精确控制机器人运动自动绘制人脸的图像以及可自主调整作图效果。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种智能画像机器人，包括模拟人头部的机器人头部以及模拟人躯体的机器人躯体，所述机器人躯体具有模拟人手臂的画板托臂和绘画臂，所述画板托臂上设有画板，绘画臂上接有画笔，其特征在于：所述机器人头部内设有语音系统和视觉系统，语音系统对应位于机器人头部的嘴部位置并能模拟出人的发音，视觉系统用于拍摄取景而对应位于机器人头部的眼部位置，视觉系统根据比较视景图像与待画图像来调整取景位置，同时由语音系统发音从而进行人机互动，所述人机互动包括汇报待画图像是否落入视景图像中。

2.根据权利要求1所述的智能画像机器人，其特征在于：所述人机互动还包括通过调整视觉系统的取景位置来获取待画图像。

3.根据权利要求1所述的智能画像机器人，其特征在于：所述人机互动还包括汇报视景图像合适位置与待画图像之间的偏差，从而调整视觉系统的取景位置。

4.根据权利要求1或2或3所述的智能画像机器人，其特征在于：所述视觉系统与机器人躯体通过活动装置连接，活动装置驱动机器人头部的位置变化来调整取景位置，所述语音系统、视觉系统和活动装置均信号相连。

5.根据权利要求4所述的智能画像机器人，其特征在于：所述活动装置包括水平转向部件，水平转向部件通过驱动视觉系统的转向来调整取景位置。

6.根据权利要求5所述的智能画像机器人，其特征在于：所述活动装置包括垂直运动部件，垂直运动部件通过驱动视觉系统的竖向运动来调整取景位置。

7.根据权利要求1所述的智能画像机器人，其特征在于：所述机器人头部内设有嘴部动作控制部件，嘴部动作控制部件与语音系统和视觉系统信号相连并模拟语音系统发音的对应嘴型。

8.根据权利要求1或7所述的智能画像机器人，其特征在于：所述机器人头部内设有眼皮动作控制部件，眼皮动作控制部件与语音系统和视觉系统信号相连并模拟眨眼动作。

9.根据权利要求1所述的智能画像机器人，其特征在于：语音系统和视觉系统电性连接有操控界面，操控界面通过手动输入的方式控制机器人的启停，并且通过手动输入的方式对视觉系统拍摄所得图像进行参数处理和图像输出。

10.根据权利要求9所述的智能画像机器人，其特征在于：根据图像输出的结果控制画臂伺服模块来驱动绘画臂的动作，画臂伺服模块设置在机器人躯体内。