CN107186728B - 智能养老服务机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本专利申请公开了智能养老服务机器人控制系统，包括设置在机器人本体的中央处理器以及分别与中央处理器连接的采集模块、GPS模块、视频模块、语音模块和网络收发模块；所述中央处理器内设置有情绪识别模块、情绪表达模块以及导航模块；所述采集模块，用来采集用户的声音信息和图像信息并传递给中央处理器；所述GPS模块，用来定位养老机器人所处位置的经纬度，并将位置信号传递给中央处理器；所述视频模块，用来播放预先存储在视频模块的预设视频信号，用来播放传递到视频模块的视频信号；所述语音模块，用来播放预先存储在语音模块的预设音频信号，用来播放传递到音频模块的音频信号。本申请解决了现在养老机器人不适合老人使用的问题。

Description

智能养老服务机器人控制系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种智能养老服务机器人控制系统。

背景技术

随着社会节奏的加快，人们的工作时间变长，很多人都无法很好地兼顾家庭和工作，难免会疏忽对老人的照顾。再加上因为现在大多数家庭都是独生子女，子女的赡养负担重，子女忙于赚钱，更加无暇陪伴照顾老人。老人不仅会产生孤独感，还会因为在遭遇紧急情况时发现不及时而酿成悲剧。

为了缓解老年人的晚年孤寂，同时为了在老人出现紧急情况时及时呼救，现在研制出了专门用来陪伴老人的养老机器人。如专利申请号为201610658220.2的专利《一种老人陪护机器人及其控制方法》中的养老机器人，包括语音交互单元和出药控制单元，语音交互单元和出药控制单元都连接受控于中央处理器；语音交互单元包括语音接收器、喇叭和数据库，语音接收器依次通过语音识别模块、词汇划分模块与中央处理器相连，喇叭和数据库直接连接到中央处理器上；数据库分为本地数据库和云端网络数据库，本地数据库直接与中央处理器相连，云端网络数据库通过无线网络的方式与中央处理器相连；出药单元包括定时模块和出药驱动机构；定时模块和出药驱动机构与中央处理器连接。

该专利就只具备和老人进行问答和提醒老人吃药的作用，而没有老人最需要的指路功能，因此现在的养老机器人并不适合老人使用。

此外，现在的养老机器人必须通过穿戴设备才能采集用户输入信息，使用起来十分不方便。

鉴于此，本申请提出一种适合老人使用且不需要额外穿戴采集设备且具有指路功能的智能养老服务机器人控制系统。

发明内容

本发明意在提供一种智能养老服务机器人控制系统，以解决现在的养老机器人没有指路动能不适合老人使用的问题。

方案一：本方案中的智能养老服务机器人控制系统，包括设置在机器人本体的中央处理器以及分别与中央处理器连接的采集模块、GPS模块、视频模块、语音模块和网络收发模块；所述中央处理器内设置有情绪识别模块、情绪表达模块以及导航模块；

所述采集模块，用来采集包括声音信息和图像信息在内的用户输入信息并传将用户输入信息递给中央处理器；

所述GPS模块，用来定位养老机器人所处位置的经纬度，并将位置信号传递给中央处理器；

所述视频模块，用来播放预先存储在视频模块的预设视频信号，用来播放传递到视频模块的视频信号；

所述语音模块，用来播放预先存储在语音模块的预设音频信号，用来播放传递到音频模块的音频信号；

所述网络收发模块，用来通过无线网络与中央处理器进行通信；

所述情绪识别模块，用来根据预先设置在情绪识别模块中的情绪识别表，将接收到的图像信息和声音信息与情绪识别表中标准图像和标准声音分别进行对比，将与图像信息和声音信息最相近的标准图像和标准声音提取出来，将该标准图像和标准声音对应的情绪判断结果发送给情绪表达模块；

所述情绪表达模块，接收情绪判断结果，并根据预先设置的情绪表达表将该判断结果对应的操作命令提取出来；

所述导航模块，根据GPS模块发送的位置信号定位该位置信号周围预设半径内的卫星地图；根据中央处理器传递来的目的地信号规划养老机器人此时所处位置到目的地的最优路径并形成导航信号；

中央处理器接收采集模块传递来的用户输入信息并提取出目的地信号传递给导航模块；中央处理器通过网络收发模块实时更新并存储导航模块中的卫星地图；中央处理器将导航信号传递给视频模块和语音模块进行播报；中央处理器根据操作命令控制视频模块播放预设视频信号并控制语音模块播放预设音频信号。

原理及效果：

本发明直接通过采集模块来采集用户输入信息，不需要用户进行额外的操作指令的输入，操作简单。通过用户输入信息，中央处理器可以提取判断出用户的情绪和包括到达目的地在内的各种指令语言。通过情绪识别模块识别出用户此时表现出来的情绪，通过情绪表达模块，针对用户的情绪使养老机器人作出要反馈表达的操作指令。中央处理器根据操作指令控制视频模块和音频模块分别播放预设视频信号和预设音频信号。使养老机器人对用户的声音或动作作出相应的反馈，便于建立良好的沟通。本发明设置了导航模块和GPS模块，能够根据养老机器人所处位置提供给用户预设半径范围内的卫星地图和最优路径的导航播报，便于老人独自出门的时候走正确路径。

本发明有效解决了现在的养老机器人没有指路动能不适合老人使用的问题。

本发明为老人提供了一个陪伴老人的忠实陪护，对老人的语言声音和动作表达都能够及时反馈，且不需要老人进行额外操作，十分适合老人使用。

方案二：进一步，中央处理器连接有驱动模块；中央处理器根据用户输入信息控制驱动模块动作。

养老机器人除了对用户有视频和音频的呈现，还会有对应用户输入信息作出的动作反馈，使机器人与老人之间的沟通更加人性化。

方案三：进一步，所述中央处理器内设置有动作信息表，中用处理器将用户输入信息按照操作信息表进行识别判断得到用来控制驱动模块动作的动作命令。

通过动作信息表，使操作命令规范化，使驱动模块驱动机器人运动的动作规范化。通过改变动作信息表可以改变机器人的反馈动作，使其更加满足老人的要求。

方案四：进一步，所述中央处理器内设置有采集调节模块；所述采集调节模块内预设有声音信息判断表和图像信息判断表；中央处理器根据声音信息判断表判断声音信息是否清楚，当声音信息不清楚时中央处理器控制采集调节模块对声音信息进行去杂过滤后再传递给中央处理器；中央处理器根据图像信息判断表判断图像信息是否清晰，当图像信息不清晰时中央处理器控制采集调节模块删除该图像信息，同时中央处理器通过驱动模块动作调节采集模块的采集位置。

对于输入中央处理器中的用户输入信息要准确、清楚、清晰，才能够在此基础上得到准确的判断，使用户和养老机器人之间构建良好的沟通前提。对于不清楚的声音信息要先经过采集调节模块的去杂过滤处理后再行应用，有效提高了声音信息的准确性，同时解决了老人声音小杂音大的问题。对于不清晰的图像信息直接通过采集调节模块删除，避免不准确信息对养老机器人的误导，同时，中央处理器通过驱动模块的动作调节采集模块的采集位置，有利于寻找到便于获取清晰图像信息的采集位置，为养老机器人提供清晰的图像信息。有利于机器人在此基础上准确识别用户的意思。

进一步，所述采集模块包括设置在机器人本体和活动部件上的多个摄像头和拾音器。

摄像头和拾音器不止设置在相对静止的机器人本体上，还设置在机器人活动部件上，这样不同运动状态不同角度的采集位置获取的图像信息和声音信息能够为养老机器人提供更多样本的用户输入信息，便于养老机器人准确提取出用户要表达的真实意思。

进一步，所述中央处理器连接有设置在机器人本体上的接口模块；所述接口模块，用来连接外部设备，向中央处理器输入信息或者从中央处理器读取信息。

通过接口模块，可以将中央处理器中的一些预设值进行更改，以便达到用户的个性化需求；可以将中央处理器中的数据读取保存备份。

附图说明

图1为本发明实施例的逻辑框图。

图2为应用本发明实施例的智能养老服务机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：中央处理器1、情绪识别模块11、情绪表达模块12、采集调节模块13、导航模块14、采集模块21、GPS模块22、视频模块31、语音模块32、驱动模块33、接口模块41、网络收发模块42、机器人本体51、机器人手臂52、机器人头部53、机器人底座54。

如图1和图2所示，应用本实施例的智能养老服务机器人包括机器人本51、分别与机器人本体51连接的机器人手臂52、机器人头部53和机器人底座54。其中，机器人头部53、机器人手臂52和机器人底座54都是可以相对机器人本体51活动的活动部件。本实施例中的智能养老服务机器人控制系统，包括安装在机器人本体中的中央处理器1以及分别与中央处理器1通信连接的摄像头、拾音器、GPS模块22、视频模块31、语音模块32、驱动模块33、接口模块41和网络收发模块42。中央处理器1内设置有情绪识别模块11、情绪表达模块12、采集调节模块13和导航模块14。

其中，摄像头和拾音器一起构成对老人原始信息进行采集的采集模块21。摄像头将拍摄到的老人的图像信息传递给中央处理器1。拾音器将录取到的老人的声音信息传递给中央处理器1。

GPS模块22将养老机器人当前所处用经纬度表示的位置信号传递给中央处理器1。

视频模块31主要由显示屏或者具有显示功能的其他显示设备以及与之连接的存储器构成。视频模块31主要用来向老人播放视频信息、图片信息或者其它具有可视性的信息。视频模块31中本身预先存储有多个预设视频信号组成的预设视频集合。每个预设视频信号都有一个视频编号。中央处理器1通过调用视频编号让视频模块31播放该视频编号的预设视频。在没有外部视频信号输入时，养老机器人会根据相应的操作命令来播放预设视频信号。为了方便老人观看视频模块31上的播放内容，视频模块31一般设置在机器人本体的“肚子”位置上。

语音模块32主要由喇叭和与喇叭连接的存储器构成，用来将视频中的声音，或者远程通话的声音以及预先设置的预设音频信号播放出来。每个预设音频信号都有一个音频编号。中央处理器1通过调用音频编号让视频模块31播放该音频编号的预设音频信号。

驱动模块33，主要包括微控制器和与微控制器连接的位于机器人活动部件各个关节位置处的电动机以及用来连接电动机的齿轮等器件。这里的微控制器选用具有基本控制功能的单片机即可，如STM32。

网络收发模块42，主要包括移动网络模块和本地网络模块，且都是无线网络收发模块42，用来与中央处理器1进行通信。

情绪识别模块11内预先设置有情绪识别表。情绪识别表包括用来与用户输入信息进行对比的标准信息，标准信息包括标准声音和标准图像，每一个标准声音和标准图像分别对应一个情绪判断值。

情绪识别模块11根据预先设置在情绪识别模块11中的情绪识别表，将接收到的图像信息和声音信息与情绪识别表中标准图像和标准声音分别进行对比，将与图像信息和声音信息最相近的标准图像和标准声音提取出来，将该标准图像和该标准声音对应的情绪判断值按照（标准声音情绪判断值，标准图像情绪判断值）形成的情绪判断值组成的两元向量就是判断出的情绪判断结果。将情绪判断结果发送给情绪表达模块12；

情绪表达模块12内预先设置有情绪表达表。情绪表达模块12包括多个情绪判断结果和与之对应的操作命令。每个操作命令均包括预设视频信号的视频编号和预设音频信号的音频编号。

情绪表达模块12接收情绪判断结果，并根据预先设置的情绪表达表将该判断结果对应的操作命令提取出来；中央处理器1根据操作命令控制视频模块31播放预设视频信号并控制语音模块32播放预设音频信号。

导航模块14内存储并实时更新有卫星地图，导航模块14根据GPS模块22发送的位置信号定位该位置信号周围预设半径内的卫星地图；中央处理器1接收采集模块21传递来的用户输入信息并提取出目的地信号传递给导航模块14；根据中央处理器1传递来的目的地信号规划养老机器人此时所处位置到目的地的最优路径并形成导航信号；导航信号包括可进行视频播放的画面信息以及可用来语音播放的语音信息。中央处理器1将导航信号传递给视频模块31和语音模块32进行播报；预设半径为预先设置在导航模块14中的参数值，可以通过向中央处理器1输入更改参数更改预设半径。中央处理器1通过网络收发模块42实时更新并存储导航模块14中的卫星地图。

采集调节模块13内预设有声音信息判断表和图像信息判断表；声音信息判断表中包括有音量预设参数范围，只有属于音量预设参数范围的声音信息才能被判断为清楚的声音。本实施例中的音量预设参数范围为0-20db。图像信息判断表中包括有分辨率参数线，高于分辨率参数线中规定的分辨率的图像信息判定为清晰，本实施例中使用的分辨率参数线为分辨率160×128。

采集模块21中设置有去杂过滤声音的声音提取通用电路模块。中央处理器1根据声音信息判断表判断声音信息是否清楚，当声音信息不清楚时中央处理器1控制采集调节模块13中的声音提取通用电路模块对声音信息进行去杂过滤后再传递给中央处理器1。

中央处理器1根据图像信息判断表判断图像信息是否清晰，当图像信息不清晰时中央处理器1控制采集调节模块13删除该图像信息，同时中央处理器1通过驱动模块33动作调节采集模块21的采集位置。

接口模块41设置在机器人本体上比较隐蔽的位置，在其他实施例中的接口模块41是设置在机器人本体与机器人手臂交界处的下方，即我们通常所说的腋下。接口模块41包括用来连接外设的对外接口。只有当机器人手臂抬起时才能露出接口模块41的对外接口，具有隐蔽性。接口模块41用来连接外部设备，向中央处理器1输入信息或者从中央处理器1读取信息。通过接口模块41，可以将中央处理器1中的一些预设值进行更改，以便达到用户的个性化需求；可以将中央处理器1中的数据读取保存备份。

中央处理器1内设置有动作信息表，中用处理器将用户输入信息按照操作信息表进行识别判断得到用来控制驱动模块33动作的动作命令。动作信息表内预先设置有包括所有活动部件能够完成的所有动作命令（这些动作命令包括单一活动部件的动作，也包括多个活动部件的一些列动作，如机器人头部53在转动的时候，机器人手臂52也在进行摆动等）通过动作信息表，使操作命令规范化，使驱动模块驱动机器人运动的动作规范化；使每一个用户输入信息都能够与一个具体的动作命令相对应，使每个用户输入信息都能够得到相应的反应。通过改变动作信息表可以改变机器人的反馈动作，使其更加满足老人的要求。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.智能养老服务机器人控制系统，其特征在于：包括设置在机器人本体的中央处理器以及分别与中央处理器连接的采集模块、GPS模块、视频模块、语音模块和网络收发模块；所述中央处理器内设置有情绪识别模块、情绪表达模块以及导航模块；

所述采集模块，用来采集包括声音信息和图像信息在内的用户输入信息并传将用户输入信息递给中央处理器；

所述GPS模块，用来定位养老机器人所处位置的经纬度，并将位置信号传递给中央处理器；

所述视频模块，用来播放预先存储在视频模块的预设视频信号，用来播放传递到视频模块的视频信号；

所述语音模块，用来播放预先存储在语音模块的预设音频信号，用来播放传递到音频模块的音频信号；

所述网络收发模块，用来通过无线网络与中央处理器进行通信；

所述情绪识别模块，用来根据预先设置在情绪识别模块中的情绪识别表，将接收到的图像信息和声音信息与情绪识别表中标准图像和标准声音分别进行对比，将与图像信息和声音信息最相近的标准图像和标准声音提取出来，将该标准图像和标准声音对应的情绪判断结果发送给情绪表达模块；

所述情绪表达模块，接收情绪判断结果，并根据预先设置的情绪表达表将该判断结果对应的操作命令提取出来；

所述导航模块，根据GPS模块发送的位置信号定位该位置信号周围预设半径内的卫星地图；根据中央处理器传递来的目的地信号规划养老机器人此时所处位置到目的地的最优路径并形成导航信号；

中央处理器接收采集模块传递来的用户输入信息并提取出目的地信号传递给导航模块；中央处理器通过网络收发模块实时更新并存储导航模块中的卫星地图；中央处理器将导航信号传递给视频模块和语音模块进行播报；中央处理器根据操作命令控制视频模块播放预设视频信号并控制语音模块播放预设音频信号；

所述中央处理器内设置有采集调节模块；所述采集调节模块内预设有声音信息判断表和图像信息判断表；中央处理器根据声音信息判断表判断声音信息是否清楚，当声音信息不清楚时中央处理器控制采集调节模块对声音信息进行去杂过滤后再传递给中央处理器；中央处理器根据图像信息判断表判断图像信息是否清晰，当图像信息不清晰时中央处理器控制采集调节模块删除该图像信息，同时中央处理器通过驱动模块动作调节采集模块的采集位置。

2.根据权利要求1所述的智能养老服务机器人控制系统，其特征在于：中央处理器连接有驱动模块；中央处理器根据用户输入信息控制驱动模块动作。

3.根据权利要求1所述的智能养老服务机器人控制系统，其特征在于：所述中央处理器内设置有动作信息表，中用处理器将用户输入信息按照操作信息表进行识别判断得到用来控制驱动模块动作的动作命令。

4.根据权利要求1所述的智能养老服务机器人控制系统，其特征在于：所述采集模块包括设置在机器人本体和活动部件上的多个摄像头和拾音器。

5.根据权利要求1所述的智能养老服务机器人控制系统，其特征在于：所述中央处理器连接有设置在机器人本体上的接口模块；所述接口模块，用来连接外部设备，向中央处理器输入信息或者从中央处理器读取信息。

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