CN107174828A - 一种基于arm的智能感应儿童玩具机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，包括机器人外壳，所述机器人外壳包括头部和机身，所述机身的底部安装有行走机构，所述头部的正面装有图像采集系统，所述头部内部安装有主控模块，所述机身的上端两侧还安装有机械手，所述机械手上安装有触摸感应模块；所述主控模块包括核心控制器，所述核心控制器的电源端连接有电源板，所述电源板用于给各个小模块供电，核心控制器的数据端连接有信号采集处理模块和语音交互模块，核心处理器的数据通信端还连接有数据通信模块，所述行走机构与核心控制器之间连接有电机驱动器。本发明具有智能图像识别以及语言交互功能，且可以自动行走，看护陪伴幼儿。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体为一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人。
背景技术
幼儿期是人生智力发展的关键期，抓紧早期教育，可以提高学习效果。幼儿在2-3岁期间是学习口头语言的最佳年龄；外语学习最迟也不能超过4-5岁，因为在这时幼儿学习外语不会与本国语言相混淆；5-5岁半则是掌握数概念的最佳年龄；6岁是发展大小、方位知觉最佳年龄。然而对于现在的大多数白领工薪阶级家庭而言，由于父母双方都要进行工作，能够陪伴孩子的时间并不是很多，一般都用玩具吸引孩子的注意力。但是现有的玩具对于智力的开发能力有限，且有些玩具存在安全隐患当父母不在孩子的身边时，无法随时掌握孩子的状况，不能够及时发现问题，很容易导致出现危险。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，具有智能图像识别以及语言交互功能，且可以自动行走，看护陪伴幼儿，保证孩子安全，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，包括机器人外壳，所述机器人外壳包括头部和机身，所述机身的底部安装有行走机构，所述头部的正面装有图像采集系统，所述头部内部安装有主控模块，所述机身的上端两侧还安装有机械手，所述机械手上安装有触摸感应模块；所述主控模块包括核心控制器，所述核心控制器的电源端连接有电源板，所述电源板用于给各个小模块供电，核心控制器的数据端连接有信号采集处理模块和语音交互模块，核心处理器的数据通信端还连接有数据通信模块，所述行走机构与核心控制器之间连接有电机驱动器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述行走机构包括主动轮和从动轮，所述主动轮的轮轴通过传输带连接有驱动电机，从动轮与主动轮通过联轴器相连接，所述驱动电机的控制端连接到电机驱动器的输出端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述核心控制器采用stm32ARMCortex-M3处理器，且核心控制器连接有时钟晶振、复位电路和开关按键组成最小系统。
作为本发明一种优选的技术方案，所述图像采集系统包括摄像头模组，所述摄像头模组包括两个高清摄像头，分别安装在头部左右眼睛位置，摄像头模组的输出端连接有视频采集卡，所述视频采集连接到核心控制器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述触摸感应模块包括温度传感器和电流传感器，所述温度传感器和电流传感器的输出端连接有触摸IC芯片，所述触摸IC处理芯片采用TP6016芯片。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信号采集处理模块包括DSP处理器，所述DSP处理器采用TI的TMS320C6414芯片，且DSP处理器连接有数据存储单元，所述数据存储单元包括DDR存储器、FLASH存储器和TF存储卡，且DSP处理器与核心控制器的UART串口相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述语音交互模块包括麦克风和扬声器，所述麦克风的输出端连接有语音识别器，扬声器的信号输入端连接有语音合成器，所述语音识别器的输出端和语音合成器的输入端连接有音频信号编解器，所述音频信号编解器连接到核心控制器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述数据通信模块包括以太网控制器和蓝牙适配器，所述以太网控制器的输出端连接有无线信号收发器，且连接SIM卡，所述蓝牙适配器的输出端连接有蓝牙信号收发器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，通过设置语音交互模块，利用麦克风和语音识别器进行语音信号采集操作，利用扬声器和语音合成器进行语音信号输出操作，从而实现语音交互功能，帮助孩子培养语言能力；通过设置图像采集系统，利用摄像头模组进行实时视频监控，利用触摸感应模块进行周围环境感知操作，得到的数据经过信号采集处理模块处理后，并通过数据通信模块可以传输至父母的智能接收终端，从而实现远程监控，保证孩子的安全；本发明具有智能图像识别以及语言交互功能，且可以自动行走，看护陪伴幼儿，保证孩子安全。
附图说明
图1为本发明电气模块结构示意图；
图2为本发明剖面外观示意图；
图3为本发明底部行走机构示意图。
图中：1-机器人外壳；2-头部；3-机身；4-行走机构；5-图像采集系统；6-主控模块；7-机械手；8-触摸感应模块； 11-信号采集处理模块；12-语音交互模块；13-数据通信模块；15-主动轮；16-从动轮； 18-联轴器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，包括机器人外壳1，所述机器人外壳1包括头部2和机身3，所述机身3的底部安装有行走机构4，所述头部2的正面装有图像采集系统5，所述头部2内部安装有主控模块6，所述机身3的上端两侧还安装有机械手7，所述机械手7上安装有触摸感应模块8；所述主控模块6包括核心控制器，所述核心控制器的电源端连接有电源板，所述电源板用于给各个小模块供电，核心控制器的数据端连接有信号采集处理模块11和语音交互模块12，核心处理器的数据通信端还连接有数据通信模块13，所述行走机构4与核心控制器之间连接有电机驱动器。
所述行走机构4包括主动轮15和从动轮16，所述主动轮15的轮轴通过传输带连接有驱动电机，从动轮16与主动轮15通过联轴器18相连接，所述驱动电机的控制端连接到电机驱动器的输出端；所述核心控制器采用stm32ARMCortex-M3处理器，且核心控制器连接有时钟晶振、复位电路和开关按键组成最小系统；所述图像采集系统5包括摄像头模组，所述摄像头模组包括两个高清摄像头，分别安装在头部左右眼睛位置，摄像头模组的输出端连接有视频采集卡，所述视频采集卡连接到核心控制器；
所述触摸感应模块8包括温度传感器和电流传感器，所述温度传感器和电流传感器的输出端连接有触摸IC芯片，所述触摸IC处理芯片采用TP6016芯片；所述信号采集处理模块11包括DSP处理器，所述DSP处理器采用TI的TMS320C6414芯片，且DSP处理器连接有数据存储单元，所述数据存储单元包括DDR存储器、FLASH存储器和TF存储卡，且DSP处理器与核心控制器的UART串口相连接。
所述语音交互模块12包括麦克风和扬声器，所述麦克风的输出端连接有语音识别器，扬声器的信号输入端连接有语音合成器，所述语音识别器的输出端和语音合成器的输入端连接有音频信号编解器，所述音频信号编解器连接到核心控制器；所述数据通信模块13包括以太网控制器和蓝牙适配器，所述以太网控制器的输出端连接有无线信号收发器，且连接SIM卡，所述蓝牙适配器的输出端连接有蓝牙信号收发器。
本发明的工作原理：所述机器人外壳1采用无毒高分子有机材料制成，强度高色彩艳丽，所述头部2和机身3之间为可拆卸机构；
（1）所述主控模块6为整个装置的控制核心，收集所有信号并控制所有动作指令的执行，其中的核心控制器采用stm32ARMCortex-M3处理器，其基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是32位产品用户的最佳选择。内置32K到128K的闪存，时钟频率为72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。
所述核心控制器有电源板供电，所述电源板可以连接外部交流电源进行充电，然后将存储的电能转换成稳定低压直流电输出至不同模块的电源引脚，核心控制器上电后，按下电源按键，整个机器开始工作；
（2）所述行走机构4用于实现整体的自由移动操作，所述核心控制器输出相应的驱动指令，输出的指令信号经过电机驱动器放大后，输出至驱动电机的控制端，驱动电机开始转动，进而带动主动轮15转动，主动轮15再通过联轴器18带动从动轮16进行转动，从而实现整体装置的移动；
（3）所述图像采集系统5用于实现视频图像采集，模拟人视物功能，所述摄像头模组的两个高清摄像头可以形成最大150度的视角，实时拍摄周围的环境情况，采集到的视频数据经过视频采集卡进行初步的压缩编码后送入核心处理器进行下一步处理操作；
所述机械手7用于模仿人手实现相关的动作，其上的触摸感应模块8用于进行触摸信号采集，模拟人的触觉，其中温度传感器和电流传感器分别采集温度信号和电流信号，采集到的数据传输至触摸IC芯片，触摸IC芯片将这些微小信号进行放大后传输至核心处理器；
（4）所述核心处理器将接收到的视频数据和触摸信号通过UART转换串口传输至信号采集处理模块11进行处理；所述DSP处理器将读取到的数据线同步缓存至数据存储单元中的DDR存储器当中，方便随时进行取用，再从FLASH存储器当中读取相应的处理指令和算法，对接收到的数据一一进行分析比对，判断当前周围环境和状态，并将这些信息反馈至核心处理器，便于核心处理器作出反馈处理，处理后的数据存储至TF存储卡进行备份；
（5）所述语音交互模块12用于实现人机语音交互操作，所述麦克风采集周围的声音信号，采集到的数据输入至语音识别器，语音识别器将语音信号转换成电信号，然后送入至音频信号编解器进行编码操作，编码后的数据传输至核心处理器，所述核心处理器根据接收到的语音信号搜索内置语音数据库，查找匹配对应回答，查找到相应数据后，输出命令信号，输出的信号再通过音频信号编解器进行解码操作，解码后的电信号输入至语音合成器，由语音合成器合成语音信号，最后通过扬声器播放出来；
（6）所述数据通信模块13用于实现远程控制和无线通信操作所述以太网控制器用于进行网络传输的相应参数配置，包括网关、子网掩码、DNC，所述SIM卡用于提供上网连接认证，从而将该装置连接至现有的通信网络当中，再通过无线信号收发器将本地数据发送出去或者接受远程数据，所述蓝牙适配器用于搜索蓝牙设备并进行匹配连接，然后通过蓝牙信号收发器进行短距离的数据收发操作；父母可以通过手机上的APP终端远程访问获取数据，从而实时掌握孩子的动态。
该基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，通过设置语音交互模块12，利用麦克风和语音识别器进行语音信号采集操作，利用扬声器和语音合成器进行语音信号输出操作，从而实现语音交互功能，帮助孩子培养语言能力；通过设置图像采集系统5，利用摄像头模组进行实时视频监控，利用触摸感应模块8进行周围环境感知操作，得到的数据经过信号采集处理模块11处理后，并通过数据通信模块13可以传输至父母的智能接收终端，从而实现远程监控，保证孩子的安全；本发明具有智能图像识别以及语言交互功能，且可以自动行走，看护陪伴幼儿，保证孩子安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，包括机器人外壳（1），所述机器人外壳（1）包括头部（2）和机身（3），所述机身（3）的底部安装有行走机构（4），其特征在于：所述头部（2）的正面装有图像采集系统（5），所述头部（2）内部安装有主控模块（6），所述机身（3）的上端两侧还安装有机械手（7），所述机械手（7）上安装有触摸感应模块（8）；所述主控模块（6）包括核心控制器，所述核心控制器的电源端连接有电源板，所述电源板用于给各个小模块供电，核心控制器的数据端连接有信号采集处理模块（11）和语音交互模块（12），核心处理器的数据通信端还连接有数据通信模块（13），所述行走机构（4）与核心控制器之间连接有电机驱动器。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，其特征在于：所述行走机构（4）包括主动轮（15）和从动轮（16），所述主动轮（15）的轮轴通过传输带连接有驱动电机，从动轮（16）与主动轮（15）通过联轴器（18）相连接，所述驱动电机的控制端连接到电机驱动器的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，其特征在于：所述核心控制器采用stm32ARMCortex-M3处理器，且核心控制器连接有时钟晶振、复位电路和开关按键组成最小系统。
4.根据权利要求1所述的一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，其特征在于：所述图像采集系统（5）包括摄像头模组，所述摄像头模组包括两个高清摄像头，分别安装在头部左右眼睛位置，摄像头模组的输出端连接有视频采集卡，所述视频采集卡连接到核心控制器。
5.根据权利要求1所述的一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，其特征在于：所述触摸感应模块（8）包括温度传感器和电流传感器，所述温度传感器和电流传感器的输出端连接有触摸IC芯片，所述触摸IC处理芯片采用TP6016芯片。
6.根据权利要求1所述的一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，其特征在于：所述信号采集处理模块（11）包括DSP处理器，所述DSP处理器采用TI的TMS320C6414芯片，且DSP处理器连接有数据存储单元，所述数据存储单元包括DDR存储器、FLASH存储器和TF存储卡，且DSP处理器与核心控制器的UART串口相连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，其特征在于：所述语音交互模块（12）包括麦克风和扬声器，所述麦克风的输出端连接有语音识别器，扬声器的信号输入端连接有语音合成器，所述语音识别器的输出端和语音合成器的输入端连接有音频信号编解器，所述音频信号编解器连接到核心控制器。
8.根据权利要求1所述的一种基于ARM的智能感应儿童玩具机器人，其特征在于：所述数据通信模块（13）包括以太网控制器和蓝牙适配器，所述以太网控制器的输出端连接有无线信号收发器，且连接SIM卡，所述蓝牙适配器的输出端连接有蓝牙信号收发器。
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