CN106826851A - 一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其包括点读机器人以及与点读机器人配合使用的手持点读笔、骰子、地垫、卡片组、用户端和云平台；所述卡片组含若干张卡片，卡片上具有供手持点读笔读取的含早教内容的图文信息，地垫用于承载点读机器人并供其行走，地垫还用于供骰子随机运动以生成行走线路。本发明适用于早教应用，功能多样，具备主动与儿童进行交互的功能和成长性，提高了早教机器人的智能化程度。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，特别涉及一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人。
背景技术
智能陪护机器人随着老年化和我国新生代的婴儿潮人运应而生。随着家庭教育、父母消费的升级，催生了幼教+科技的机会。机器人凭借其强大人工智能和多样交互模式，给幼儿带来不同于电视、平板的早教体验，势必在儿童早教市场引领智能化教育新风向。在弱人工智能时期，市场上早教机器人同质性很高，机器人处于被动状态，没有智能到会主动与孩子交互的程度；功能内容堆积在机器人本体上，大部分早教机器人都靠语音交互和平板触控来唤醒，由于幼儿的阶段特性所限，这两个入口不易探索，难以交互，导致机器人体验弱化。而有些机器人产品的互动游戏是通过“屏幕”锁住孩子注意力，沦入数码产品而非机器人时代产品。多数机器人都简单作为一个硬件实现一站式性消费，而学前儿童随着年龄和探索的成长需求，带来的市场细分和用户生命周期过短，在所有机器人完全缺乏自主大脑和思维下，很难实现与儿童生命周期同步成长自学的过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其适用于早教应用，功能多样，具备主动与儿童进行交互的功能和成长性，提高了早教机器人的智能化程度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，包括点读机器人以及与点读机器人配合使用的手持点读笔、骰子、地垫、卡片组、用户端和云平台；所述卡片组含若干张卡片，卡片上具有供手持点读笔读取的含早教内容的图文信息，地垫用于承载点读机器人并供其行走，地垫还用于供骰子随机运动以获取骰子运动数据；
所述点读机器人包括第一主控制器及分别与第一主控制器连接的人机接口单元、语音单元、电机驱动单元和第一数据存储单元；其中人机接口单元包括一按键输入单元、一蓝牙接口单元、一WIFI收发单元、一 LCD 显示屏、一指示灯和一灯光效果模块，所述按键输入单元用于键入执行指令；蓝牙接口单元用于与用户端进行交互，以接收用户端的执行指令；WIFI收发模块用于与云平台进行信息交互，云平台根据点读机器人的请求将含早教内容的数据包通过WIFI收发模块发送至点读机器人的第一数据存储单元进行存储，LCD显示屏用于显示第一主控制器从第一数据存储单元调取的数据内容；所述指示灯和灯光效果模块用于指示点读机器人 1 的各种工作状态；
所述手持点读笔和骰子分别通过媒介与所述人机接口单元进行信息交互，以将各自的执行指令和运动数据发送到第一主控制器，其中手持点读笔的执行指令含其读取卡片的图文信息，骰子的运动数据为其地垫上随机运动生成的数据，第一主控制器依序对来自按键输入单元、用户端及手持点读笔的执行指令进行处理；第一主控制器依据手持点读笔的执行指令从第一数据存储单元调取与卡片的图文信息相应的数据内容于LCD显示屏进行显示、依据按键输入单元的执行指令与LCD显示屏显示键入内容、依据用户端的执行指令从第一数据存储单元调取请求的数据内容于LCD显示屏进行显示；
所述语音单元用于语音识别，将其采集到的语音信号传输至所述第一主控制器，并由第一主控制器写入第一数据存储单元作为临时文件进行存储，所述语音单元还用于语音输出，第一主控制器依据用户端和手持点读笔的执行指令从第一数据存储单元调取含语言信息的数据内容发送给语音单元进行处理和播放；所述电机驱动单元由所述第一主控制器控制，第一主控制器内置寻迹算法，其调用内置寻迹算法对运动数据进行处理生成行走线路，并依据行走线路向电机驱动单元发送驱动指令，电机驱动单元用于根据该驱动指令控制电机运行以实现点读机器人行走动作控制。
所述点读机器人还包括与第一主控制器连接的电源管理单元，所述电源管理单元包括分别于第一主控制器连接的电池电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、电源数据显示单元和电源指示灯，电池电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块将采集到的电池组数据发送至第一主控制器，第一主控制器将数据处理后发送至电源数据显示单元，并控制电源指示灯的开关。
手持点读笔包括第二主控制器以及分别与第二主控制器连接的第二数据存储单元、第二通信单元、点读笔头和电池；所述点读笔头用于读取卡片的图文信息，并将其读取的图文信息发送至第二控制单元进行识别，其采用的是光电传感器，第一数据存储单元和第二数据存储单元均存储了包含所有卡片图文信息的数据内容，第二控制单元进行识别时，从第二数据存储单元调取数据内容进行匹配，若匹配成功，第二控制单元生成含图文信息的执行指令，并由第二通信单元将该指令发送至点读机器人的人机接口单元；所述电池为手持点读笔的其他各单元、第二主控制器及点读笔头供电。
所述点读笔头含一光电传感器。
所述骰子包括第三主控制器以及分别于第三主控制器连接的第三通信单元、重力感应单元和电池，重力感应单元用于骰子运动时采集运动数据，并将运动数据发送至第三主控制器，第三主控制器可控制第三通信单元42将运动数据发送至点读机器人，点读机器人还包括第一通信单元，第一通信单元接收来自第三通信单元的运动数据并将运动数据发送至第一主控制器；电池为骰子的其他单元和第三主控制器供电。
所述第一通信单元、第二通信单元及第三通信单元均采用2.4G无线收发模块。
电机驱动单元包括依次与第一主控制器连接的电机驱动器、驱动电机和驱动轮以及与第一主控制器连接的编码盘；电机驱动器用于根据第一主控制器的驱动指令控制驱动电机工作，所述编码盘安装在驱动电机驱动轴上并与驱动电机同步转动，编码盘用于将驱动电机的驱动轮的运转信息反馈至第一主控制器。
所述第一主控制器 采用ARM核心板集成 msm8916 处理器。
所述点读机器人还包括与第一主控制器连接的充电器。
采用上述方案后，本发明有益效果在于：
1、本发明利用早教内容云平台将各种教育资源更新至点读机器人内，因此，实现了早教内容的实时更新和推送，适用于小孩早教应用，且智能化程度较高。
2、本发明的用户端中点读机器人的主控制器由于采用ARM核心板集成 msm8916处理器。可以对各种传感器采集到的信息进行实时分析处理，并根据用户定制的服务要求作出实时处理。因此，进一步提高了智能化水平。
3、本发明由于在电源管理单元内采用多种传感器对点读机器人所处环境、位置进行检测，因此，实现了自主行走、智能避障。
4、本发明由于采用了模块化设计，因此，用户可以定制最适合自己需要的用户端的软件和硬件，实用性较好。
5、本发明由于采用了光电感应技术，用手持点读笔点击绘本图片，LCD屏幕上可直接读取儿童教育资源；放置卡片在机器人底部，即可获取到多媒体试听资源；智能骰子配合寻迹算法，机器人可在游戏地垫上行走，与儿童进行游戏；为儿童提供了更友好的探索机器人功能的内容，提升了机器人的互动性和可玩性
本发明可以广泛应用幼教情境的机器人中。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图 1 是本发明的整体结构示意图 ；
图 2 是本发明的点读机器人结构示意图 ；
图 3 是本发明的人机接口单元结构示意图 ；
图 4 是本发明的电机驱动单元结构示意图 ；
图 5 是本发明的电源管理单元结构示意图 ；
图 6 是本发明的手持点读笔结构示意图 ；
图 7 是本发明的骰子结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例一揭示的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，包括点读机器人1以及与点读机器人配合使用的手持点读笔2、骰子4、地垫6、卡片组7、用户端3和云平台8；所述卡片组7含若干张卡片，卡片上具有供手持点读笔读取的含早教内容的图文信息，地垫6用于承载点读机器人并供其行走，地垫6还用于供骰子4随机运动以获取骰子运动数据；用户端3可以是手机等移动终端，也可以是PC端。
如图2所示，上述点读机器人1包括第一主控制器12及分别与第一主控制器12连接的人机接口单元11、语音单元13、电机驱动单元14和第一数据存储单元15，本实施例的第一主控制器12采用ARM核心板集成 msm8916 处理器；如图3所示，其中人机接口单元11包括一按键输入单元111、一蓝牙接口单元112、一WIFI收发单元113、一 LCD 显示屏114、一指示灯115和一灯光效果模块116，所述按键输入单元111用于键入执行指令；蓝牙接口单元112用于与用户端3进行交互，以接收用户端的执行指令；WIFI收发模块113用于与云平台8进行信息交互，云平台8根据点读机器人1的请求将含早教内容的数据包通过WIFI收发模块113发送至点读机器人的第一数据存储单元15进行存储，LCD显示屏114用于显示第一主控制器12从第一数据存储单元15调取的数据内容，数据内容例如：教小孩学英语时，显示单词、音标等；所述指示灯和灯光效果模块用于指示点读机器人 1 的各种工作状态；按键输入单元111是进行人机交互的最直接方式，可以通过触摸按键输入指令、设定参数 ；蓝牙接口单元112是通过手机蓝牙等用户端对点读机器人1进行遥控，让其完成相应的功能；
手持点读笔2和骰子4分别通过媒介与所述人机接口单元11进行信息交互，以将各自的执行指令发送到第一主控制器12，其中手持点读笔2的执行指令含其读取卡片的图文信息，骰子4的运动数据为其地垫6上随机运动生成的数据，第一主控制器12依序对来自按键输入单元111、用户端3及手持点读笔2的执行指令进行处理；第一主控制器12依据手持点读笔2的执行指令从第一数据存储单元15调取与卡片的图文信息相应的数据内容于LCD显示屏114进行显示、依据按键输入单元111的执行指令与LCD显示屏114显示键入内容、依据用户端3的执行指令从第一数据存储单元15调取请求的数据内容于LCD显示屏114进行显示；
上述语音单元13用于语音识别，将其采集到的语音信号传输至所述第一主控制器12，并由第一主控制器12写入第一数据存储单元15作为临时文件进行存储，所述语音单元13还用于语音输出，第一主控制器12依据用户端3和手持点读笔2的执行指令从第一数据存储单元15调取含语言信息的数据内容发送给语音单元13进行处理和播放；电机驱动单元14由所述第一主控制器12控制，第一主控制器12内置寻迹算法，其调用内置寻迹算法对运动数据进行处理生成行走线路，并依据行走线路向电机驱动单元发送驱动指令，电机驱动单元14用于根据该驱动指令控制电机运行以实现点读机器人行走动作控制。
如图5所示，本实施例的点读机器人1还包括与第一主控制器12连接的电源管理单元16，电源管理单元16包括分别于第一主控制器12连接的电池电压采集模块161、电流采集模块162、温度采集模块163、电源数据显示单元164和电源指示灯165，电池电压采集模块161、电流采集模块162和温度采集模块163将采集到的电池组数据发送至第一主控制器12，第一主控制器将数据处理后发送至电源数据显示单元164，并控制电源指示灯165的开关。
如图6所示，上述的手持点读笔2包括第二主控制器21以及分别与第二主控制器连接的第二数据存储单元22、第二通信单元23、点读笔头24和电池25；所述点读笔头24用于读取卡片的图文信息，并将其读取的图文信息发送至第二控制单元进行识别，其采用的是光电传感器，第一数据存储单元15和第二数据存储单元22均存储了包含所有卡片图文信息的数据内容，第二控制单元21进行识别时，从第二数据存储单元22调取数据内容进行匹配，若匹配成功，第二控制单元21生成含图文信息的执行指令，并由第二通信单元23将该指令发送至点读机器人的人机接口单元；所述电池25为手持点读笔的其他各单元、第二主控制器及点读笔头24供电。
如图7所示，骰子4包括第三主控制器41以及分别于第三主控制器41连接的第三通信单元42、重力感应单元43和电池44，重力感应单元43用于骰子4运动时采集运动数据，并将运动数据发送至第三主控制器41，第三主控制器41可控制第三通信单元42将运动数据发送至点读机器人1，点读机器人1还包括第一通信单元17，第一通信单元17接收来自第三通信单元42的运动数据并将运动数据发送至第一主控制器12；电池44为骰子的其他单元和第三主控制器41供电。
上述的第一通信单元17、第二通信单元23及第三通信单元42均采用2.4G无线收发模块。
如图4所示，上述电机驱动单元14包括依次与第一主控制器12连接的电机驱动器141、驱动电机142和驱动轮143以及与第一主控制器12连接的编码盘144；第一主控制器12向电机驱动器发出驱动指令，电机驱动器141根据驱动指令内容控制驱动电机142工作；编码盘144安装在驱动电机143驱动轴上并与驱动电机143同步转动，编码盘144用于将驱动电机143的驱动轮的实际运转情况反馈至第一主控制器12，第一主控制器12再根据反馈信息调整，对电机驱动器141进行循环控制。
为了便于充电，所述点读机器人2还包括与第一主控制器12连接的充电器5。
以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：包括点读机器人以及与点读机器人配合使用的手持点读笔、骰子、地垫、卡片组、用户端和云平台；所述卡片组含若干张卡片，卡片上具有供手持点读笔读取的含早教内容的图文信息，地垫用于承载点读机器人并供其行走，地垫还用于供骰子随机运动以获取骰子运动数据；
所述点读机器人包括第一主控制器及分别与第一主控制器连接的人机接口单元、语音单元、电机驱动单元和第一数据存储单元；其中人机接口单元包括一按键输入单元、一蓝牙接口单元、一WIFI收发单元、一 LCD 显示屏、一指示灯和一灯光效果模块，所述按键输入单元用于键入执行指令；蓝牙接口单元用于与用户端进行交互，以接收用户端的执行指令；WIFI收发模块用于与云平台进行信息交互，云平台根据点读机器人的请求将含早教内容的数据包通过WIFI收发模块发送至点读机器人的第一数据存储单元进行存储，LCD显示屏用于显示第一主控制器从第一数据存储单元调取的数据内容；所述指示灯和灯光效果模块用于指示点读机器人 1 的各种工作状态；
所述手持点读笔和骰子分别通过媒介与所述人机接口单元进行信息交互，以将各自的执行指令和运动数据发送到第一主控制器，其中手持点读笔的执行指令含其读取卡片的图文信息，骰子的运动数据为其地垫上随机运动生成的数据，第一主控制器依序对来自按键输入单元、用户端及手持点读笔的执行指令进行处理；第一主控制器依据手持点读笔的执行指令从第一数据存储单元调取与卡片的图文信息相应的数据内容于LCD显示屏进行显示、依据按键输入单元的执行指令与LCD显示屏显示键入内容、依据用户端的执行指令从第一数据存储单元调取请求的数据内容于LCD显示屏进行显示；
所述语音单元用于语音识别，将其采集到的语音信号传输至所述第一主控制器，并由第一主控制器写入第一数据存储单元作为临时文件进行存储，所述语音单元还用于语音输出，第一主控制器依据用户端和手持点读笔的执行指令从第一数据存储单元调取含语言信息的数据内容发送给语音单元进行处理和播放；所述电机驱动单元由所述第一主控制器控制，第一主控制器内置寻迹算法，其调用内置寻迹算法对运动数据进行处理生成行走线路，并依据行走线路向电机驱动单元发送驱动指令，电机驱动单元用于根据该驱动指令控制电机运行以实现点读机器人行走动作控制。
2.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：所述点读机器人还包括与第一主控制器连接的电源管理单元，所述电源管理单元包括分别于第一主控制器连接的电池电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、电源数据显示单元和电源指示灯，电池电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块将采集到的电池组数据发送至第一主控制器，第一主控制器将数据处理后发送至电源数据显示单元，并控制电源指示灯的开关。
3.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：手持点读笔包括第二主控制器以及分别与第二主控制器连接的第二数据存储单元、第二通信单元、点读笔头和电池；所述点读笔头用于读取卡片的图文信息，并将其读取的图文信息发送至第二控制单元进行识别，其采用的是光电传感器，第一数据存储单元和第二数据存储单元均存储了包含所有卡片图文信息的数据内容，第二控制单元进行识别时，从第二数据存储单元调取数据内容进行匹配，若匹配成功，第二控制单元生成含图文信息的执行指令，并由第二通信单元将该指令发送至点读机器人的人机接口单元；所述电池为手持点读笔的其他各单元、第二主控制器及点读笔头供电。
4.如权利要求3所述的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：所述点读笔头含一光电传感器。
5.如权利要求3所述的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：所述骰子包括第三主控制器以及分别于第三主控制器连接的第三通信单元、重力感应单元和电池，重力感应单元用于骰子运动时采集运动数据，并将运动数据发送至第三主控制器，第三主控制器可控制第三通信单元42将运动数据发送至点读机器人，点读机器人还包括第一通信单元，第一通信单元接收来自第三通信单元的运动数据并将运动数据发送至第一主控制器；电池为骰子的其他单元和第三主控制器供电。
6.如权利要求5所述的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：所述第一通信单元、第二通信单元及第三通信单元均采用2.4G无线收发模块。
7.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：电机驱动单元包括依次与第一主控制器连接的电机驱动器、驱动电机和驱动轮以及与第一主控制器连接的编码盘；电机驱动器用于根据第一主控制器的驱动指令控制驱动电机工作，所述编码盘安装在驱动电机驱动轴上并与驱动电机同步转动，编码盘用于将驱动电机的驱动轮的运转信息反馈至第一主控制器。
8.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：所述第一主控制器 采用ARM核心板集成 msm8916 处理器。
9.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的智能早教机器人，其特征在于：所述点读机器人还包括与第一主控制器连接的充电器。
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