CN107065863A - 一种基于人脸识别技术的导览解说机器人及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于人脸识别技术的导览解说机器人及方法，包括机器人机体、上位机模块、语音模块、传感器模块、移动底盘、定位导航模块和云平台服务器。本发明与现有的导览解说机器相比，具有结构简单、功能齐全、方便智能的优势，其中，机器人底盘的定位导航模块能够实现环境地图的创建和自我实时定位，配合3个超声波传感器，能够较好的实现自主移动和避障；语音模块可以实现3‑5米远距离的语音交互；机器人的识别终端可以捕获并识别有效的人脸信息，通过网络发送到云服务器，利用存储在服务器的识别算法和信息库，识别出目标人员的身份并提供个性化的服务，提高参观人员的使用体验和满意度。
Description
技术领域
本发明涉及一种公共服务机器人的技术领域，尤其是涉及一种人脸识别技术的导览解说机器人及精确定位和人脸识别的方法。
背景技术
在社会和科技不断发展的背景下，服务机器人广泛地应用于各个行业，导览解说机器人作为典型的职能公共服务机器人，在博物馆、科技馆、产品展馆等展厅的展示中发挥着越来越重要的作用。
目前现有的导览解说机器人中，多数机器人机械结构较为复杂，自动化程度低，无法较好的实现自主定位与导航避障，而且绝大多数机器人智能性较低，无法识别出参观人员的身份信息并在导览解说过程中为其提供个性化的服务。因此，设计一种可以自主移动并且能够人脸识别的多功能导览解说机器人具有非常重要的市场需求和应用价值。
发明内容
针对背景技术存在的不足，本发明的目的在于解决展厅机器人智能导览解说的相关问题，为多场合的导览解说提供一种结构简单、功能齐全、方便智能的服务机器人系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于人脸识别技术的导览解说机器人，包括机器人机体和移动底盘；
在机器人机体的顶部设有摄像头，在机器人机体的外表面设有显示屏、语音模块和电源开关；所述的摄像头、显示屏、语音模块和电源开关均与上位机相连；且所述的上位机通过无线模块与云服务平台通讯；
所述的机器人机体的底部设有一个移动底盘，所述的移动底盘的底部安装有四个万向轮和两个驱动轮，所述的两个驱动轮通过电机驱动其转动，所述的电机与电机驱动器相连；所述的电机驱动器与底盘电路控制系统相连，在底盘上安装有工控机，在所述的工控机上与激光雷达、UWB定位标签、底盘电路控制系统相连。
作为本发明的优选方案，所述机器人机体为立式机壳，外形简洁，高度适中，用于和人进行交互，带领人进行参观并解说。
进一步的，所述上位机模块包括1块工业主板和1块电容触摸屏，用于运行上位机服务程序并作为人机交互的主界面。
进一步的，所述语音模块用于实现语音功能的交互，包括语音输入模块、语音识别模块和语音输出模块，语音输入模块用于获取环境中的音频信息，语音识别模块可以将人的说话内容转化成文本，语音输出模块通过音箱播放音频。
进一步的，所述的高清摄像头，用于实现人脸图像的采集。
进一步的，所述的激光雷达传感器，用于扫描、检测环境信息，
进一步的，所述的超声波传感器，用于检测障碍物并实现自主避障。
进一步的，所述移动底盘作为机器人的运动机构，包括2个双向驱动轮和4个万向从动轮，并设置有两个电机驱动器，保证机器人快速、精确地移动。
进一步的，所述的UWB定位标签接收UWB定位锚点发射的信号。激光雷达传感器可以实现环境地图的创建和机器人的实时定位，再通过与UWB定位信息的数据融合，最终达到机器人高精度的定位。
进一步的，所述云服务平台包括无线通讯模块和云服务器，云服务器通过无线网络连接到机器人的工业主板，存储在云服务器中的人脸识别算法和参展用户信息资料能够识别特定的参展人员并在导览解说过程中为其提供个性化服务。
所述装置中，导览解说机器人精确定位的方法，如下：
机器人利用激光雷达传感器扫描周围环境信息，以初始位置为坐标原点创建环境地图，然后通过卡尔曼滤波算法将激光雷达和里程计测得的数据进行数据融合，得到机器人的坐标位置；
位于底盘工控机的UWB定位标签通过接收来自空间中不同位置的多个锚点的测距信息，根据锚点的空间坐标，利用TDOA解算算法计算出标签的坐标位置。这样通过将机器人利用激光雷达得到的自定位信息和UWB定位标签计算得到的位置信息再次进行数据融合，从而获得机器人在地图坐标系下的精确坐标。
进一步的，机器人在移动的过程中，超声波不断检测障碍物并测得距离，当距离少于设定的阈值，机器人会根据算法实现减速并转换方向，最终达到较好的避障效果。
所述装置中，导览解说机器人人脸识别的方法，如下：
机器人机体上的高清摄像头负责捕捉、采集有效范围内的人脸图像并传递给人脸识别系统，其次，人脸系统对人脸进行识别，确立相关人脸部信息，然后，与人脸识别系统相连接的无线通信模块接收人脸识别系统发来的识别信号，并将识别信号打包上传到云端服务器，云服务接收到由无线通信装置发送来的识别信号，通过服务器中运行的人脸匹配识别算法将识别信号与服务器内预先存储的对应人物的信息进行处理和比较，如果识别出参展人员，会到该用户对应的信息库里搜寻之前的到访记录，根据信息记录里该人员的年龄层段以及参观记录有针对性的进行目标展区的引导和相关解说内容的推送；若识别信息无法与信息库的身份信息成功匹配，说明是新参展人员，则系统会将新参展人员的人脸图像、本次访问记录以及到访登记的相关信息保存在相应的访问信息库中，通过不断完善信息库资料，以便在后续服务中提供个性化服务，最终提高用户的参展体验和满意度。
本发明的有益效果是：
机器人结构简单、功能齐全、方便智能，机器人底盘的定位导航模块能够实现环境地图的创建和自我实时定位，配合3个超声波传感器，能够较好的实现自主移动和避障；语音模块可以实现3-5米远距离的智能语音交互；机器人的识别终端可以捕获并识别有效的人脸信息，通过网络发送到云服务器，利用存储在服务器的识别算法和信息库，识别参观人员的身份并提供个性化的服务，提高参观人员的使用体验和满意度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的外形结构示意图。
图2是本发明的底盘结构示意图。
其中，图3是本发明的移动定位流程图。
图4是本发明的人脸识别流程图。
图中：其中，1-摄像头，2-麦克风阵列，3-音箱，4-显示屏，5-工业主板，6-电源开关，7-超声波传感器；8-激光雷达，9-工控机，10-直流电机，11-电路控制板，12-驱动器，13-万向轮，14-驱动轮，15-无线模块，16-UWB定位标签，17-电池。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本发明一种基于人脸识别技术的导览解说机器人结构示意图，包括机器人机壳和安装在机壳不同部位的功能模块，具体包括：在机体内部嵌入1块工业主板5，作为机器人上位机系统的主控制单元；在前方表面嵌入1块触摸显示屏4，通过线路与工业主机相连接；显示屏上方为4麦的麦克风语音输入阵列2，通过转换电路连接到工业主板；机身顶部有1个高清摄像头1，通过导线连接到工业主板；机身两侧位置各有1台音箱3，通过导线连接到工业主板；外壳正下方水平分布3对超声波传感器7，通过导线连接到移动底盘的控制电路系统；在机体的一侧还安装有电源开关6。
1块工业主板和1块电容触摸屏构成了整个上位机模块，用于运行上位机服务程序并作为人机交互的主界面。
如图2所示，本发明一种基于人脸识别技术的导览解说机器人的底盘结构示意图，移动底盘以工控机9为主控制单元，里面内置了无线模块15和UWB定位标签16；激光雷达8固定于工控机9上方，通过导线与其相连；底盘电路控制板11为下一级控制单元，该电路以MCU为控制器，集成了超声波传感器信号的转换处理电路、电压检测模块、电机驱动输出电路等模块，通过外部接口与各个部件单元连接；底盘中间两端位置为直流电机10驱动的橡胶轮胎作为驱动轮14，4个万向轮13分别固定在底盘4个角上；底盘前部为2台电机驱动器12和2台直流电机；底盘后端为系统电源，采用1块30v锂电池17，同时给移动底盘和上位机供电。
一个工控机9、1个激光雷达、3个UWB定位锚点和1个集成在工控机9内的UWB定位标签共同构成了定位导航模块，激光雷达传感器可以实现环境地图的创建和机器人的实时定位，再通过与UWB定位信息的数据融合，最终达到机器人高精度的定位。
所述移动底盘作为机器人的运动机构，包括2个双向驱动轮和4个万向从动轮，并设置有两个电机驱动器，保证机器人快速、精确地移动。
所述传感器模块包括1个高清摄像头，用于实现人脸图像的采集；1个激光雷达传感器，用于扫描、检测环境信息；3个温补高精度超声波传感器，用于检测障碍物并实现自主避障。
如图3所示，本发明一种基于人脸识别技术的导览解说机器人移动定位流程图。本发明采用UWB定位技术与激光雷达传感器相结合的定位技术，UWB定位在遮挡的情况下仍然可以进行，两者结合起来使该系统定位的可靠性和精度较高。具体实现步骤为：机器人利用激光雷达传感器扫描周围环境信息，以初始位置为坐标原点创建环境地图，然后通过卡尔曼滤波算法将激光雷达和里程计测得的数据进行数据融合，可以到机器人的坐标位置。在此基础上，位于底盘SLAM主机的UWB标签通过接收来自空间中不同位置的3个(或更多)锚点的测距信息，根据锚点的空间坐标，利用TDOA解算算法计算出标签的坐标位置。这样通过将机器人利用激光雷达得到的自定位信息和UWB定位标签计算得到的位置信息再次进行数据融合，从而获得机器人在地图坐标系下的精确坐标。此外，机器人在移动的过程中，超声波不断检测障碍物并测得距离，当距离少于设定的阈值，机器人会根据算法实现减速并转换方向，最终达到较好的避障效果。
如图4所示，本发明一种基于人脸识别技术的导览解说机器人人脸识别工作流程图。所述流程为识别终端采集人脸图像完成后，将人脸信息通过网络发送到云服务器，所述的识别处理工作都在云服务器上完成，识别结果再通过网络返回给识别终端。具体实现步骤为：首先，识别终端中的高清摄像头负责捕捉、采集有效范围内的人脸图像并传递给人脸识别系统，其次，人脸系统对人脸进行识别，确立相关人脸部信息，然后，与人脸识别系统相连接的无线通信模块接收人脸识别系统发来的识别信号，并将识别信号打包上传到云端服务器，云服务接收到由无线通信装置发送来的识别信号，通过服务器中运行的人脸匹配识别算法将识别信号与服务器内预先存储的对应人物的信息进行处理和比较，如果识别出参展人员，会到该用户对应的信息库里搜寻之前的到访记录，根据信息记录里该人员的年龄层段以及参观记录有针对性的进行目标展区的引导和相关解说内容的推送；若识别信息无法与信息库的身份信息成功匹配，说明是新参展人员，则系统会将新参展人员的人脸图像、本次访问记录以及到访登记的相关信息保存在相应的访问信息库中，通过不断完善信息库资料，以便在后续服务中提供个性化服务，最终提高用户的参展体验和满意度。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
机器人结构简单、功能齐全、方便智能，机器人底盘的定位导航模块能够实现环境地图的创建和自我实时定位，配合3个超声波传感器，能够较好的实现自主移动和避障；语音模块可以实现3-5米远距离的智能语音交互；机器人的识别终端可以捕获并识别有效的人脸信息，通过网络发送到云服务器，利用存储在服务器的识别算法和信息库，识别参观人员的身份并提供个性化的服务，提高参观人员的使用体验和满意度。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于人脸识别技术的导览解说机器人，其特征在于，包括机器人机体和移动底盘；
在机器人机体的顶部设有摄像头，在机器人机体的外表面设有显示屏、语音模块和电源开关；所述的摄像头、显示屏、语音模块和电源开关均与上位机相连；且所述的上位机通过无线模块与云服务平台通讯；
所述的机器人机体的底部设有一个移动底盘，所述的移动底盘的底部安装有四个万向轮和两个驱动轮，所述的两个驱动轮通过电机驱动其转动，所述的电机与电机驱动器相连；所述的电机驱动器与底盘电路控制系统相连，在底盘上安装有工控机，在所述的工控机上与激光雷达、UWB定位标签、底盘电路控制系统相连。
2.如权利要求1所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人，其特征在于，所述机器人机体为立式机壳。
3.如权利要求1所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人，其特征在于，所述语音模块用于实现语音功能的交互，包括语音输入模块、语音识别模块和语音输出模块，语音输入模块用于获取环境中的音频信息，语音识别模块可以将人的说话内容转化成文本，语音输出模块通过音箱播放音频。
4.如权利要求1所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人，其特征在于，所述的高清摄像头，用于实现人脸图像的采集。
5.如权利要求1所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人，其特征在于，所述的激光雷达传感器，用于扫描、检测环境信息，
6.如权利要求1所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人，其特征在于，所述的超声波传感器，用于检测障碍物并实现自主避障。
7.如权利要求1所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人，其特征在于，所述的UWB定位标签接收UWB定位锚点发射的信号。
8.如权利要求1所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人，其特征在于，所述云服务平台包括无线通讯模块和云服务器，云服务器通过无线网络连接到机器人的工业主板，存储在云服务器中的人脸识别算法和参展用户信息资料能够识别特定的参展人员并在导览解说过程中为其提供个性化服务。
9.权利要求1-8所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人精确定位的方法，其特征在于，如下：
机器人利用激光雷达传感器扫描周围环境信息，以初始位置为坐标原点创建环境地图，然后通过卡尔曼滤波算法将激光雷达和里程计测得的数据进行数据融合，得到机器人的坐标位置；
位于底盘工控机的UWB定位标签通过接收来自空间中不同位置的多个锚点的测距信息，根据锚点的空间坐标，利用TDOA解算算法计算出标签的坐标位置；通过将机器人利用激光雷达得到的自定位信息和UWB定位标签计算得到的位置信息再次进行数据融合，从而获得机器人在地图坐标系下的精确坐标。
10.权利要求1-8所述的基于人脸识别技术的导览解说机器人人脸识别的方法，其特征在于，如下：
机器人机体上的高清摄像头负责捕捉、采集有效范围内的人脸图像并传递给人脸识别系统，其次，人脸识别系统对人脸进行识别，确立相关人脸部信息，然后，与人脸识别系统相连接的无线通信模块接收人脸识别系统发来的识别信号，并将识别信号打包上传到云端服务器，云服务接收到由无线通信装置发送来的识别信号，通过服务器中运行的人脸匹配识别算法将识别信号与服务器内预先存储的对应人物的信息进行处理和比较，如果识别出参展人员，会到该用户对应的信息库里搜寻之前的到访记录，根据信息记录里该人员的年龄层段以及参观记录有针对性的进行目标展区的引导和相关解说内容的推送；若识别信息无法与信息库的身份信息成功匹配，说明是新参展人员，则系统会将新参展人员的人脸图像、本次访问记录以及到访登记的相关信息保存在相应的访问信息库中，通过不断完善信息库资料，以便在后续服务中提供个性化服务，最终提高用户的参展体验和满意度。
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