CN107791255A - 一种助老机器人及语音控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种居家型助老机器人及语音控制系统，包括有座椅，所述座椅上固接有行走机构、控制机构和辅助机构，所述控制结构分别使得所述行走机构和所述辅助机构运行，所述行走机构设置在所述座椅底部，使得所述座椅行走，所述辅助机构设置在所述座椅的一侧，所述控制机构设置在所述座椅的另一侧；所述控制机构包括有电源，所述电源连接有主控单元，所述主控单元分别电连接有人机交互单元、信息采集单元、无线通信单元、存储单元、报警单元和具有切换开关的操作杆。与现有技术相比，该机器人采用轮式结构，运动灵活性较高，可根据指令完成辅助工作，为行动不便的独居老人提供生活辅助，从而提高了独居老人的生活质量。

Description

一种助老机器人及语音控制系统

技术领域

本发明涉及家居自动化设备技术领域，尤其涉及一种助老机器人。本发明还涉及一种用于上述助老机器人的语音控制系统。

背景技术

随着社会的不断发展，年轻人工作繁忙，使得独居老人现象日趋普遍。对于行动不便的独居老人，无法顺利实现一些诸如从冰箱里拿出水果并清洗等活动，因此，提供一种居家型助老机器人，以期为行动不便的独居老人提供生活辅助，提高独居老人的生活质量，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种助老机器人及语音控制系统，以期为行动不便的独居老人提供生活辅助，从而提高独居老人的生活质量。

为实现上述目的，本发明提供了一种助老机器人，包括有座椅，所述座椅上固接有行走机构、控制机构和辅助机构，所述控制结构分别使得所述行走机构和所述辅助机构运行，所述行走机构设置在所述座椅底部，使得所述座椅行走，所述辅助机构设置在所述座椅的一侧，所述控制机构设置在所述座椅的另一侧；

所述控制机构包括有电源，所述电源连接有主控单元，所述主控单元分别电连接有人机交互单元、信息采集单元、无线通信单元、存储单元、报警单元和具有切换开关的操作杆。

优选地，所述操作杆使得所述行走机构运行，所述行走机构包括万向轮和驱动所述万向轮的电机，所述电机电连接所述主控单元。

优选地，所述辅助机构包括按摩器和机械手，所述机械手的各关节通过多个伺服电机驱动，各所述伺服电机电连接所述操作杆；所述按摩器设置在所述座椅的承接面上，所述按摩器与所述主控单元电连接。

优选地，所述人机交互单元包括有语音识别器、喇叭和触屏，所述语音识别器获取语音信息并传输至所述主控单元，所述喇叭接收所述主控单元的声音电信号并发出声音，所述触屏用于使用者输入命令信息，并将命令信息传输至所述主控单元。

优选地，所述信息采集单元为多个，各所述信息采集单元均布在所述座椅的外侧且与所述主控单元电连接，所述信息采集单元为超声波传感器。

优选地，所述无线通信单元包括红外线接收器、蓝牙模块和WIFI模块，所述红外线接收器与遥控装置实时通信，所述蓝牙模块与移动终端实时通讯，所述WIFI模块通过无线网与后台远程实时通信。

优选地，所述存储单元与所述主控单元连接，用于信息的存储，所述信息包括有轨迹信息和动作指令信息。

优选地，所述报警单元与所述主控单元连接，用于发出报警声音提醒使用者，所述报警单元为蜂鸣器。

优选地，还包括与蓝牙模块无线通信的健康监测模块，所述健康监测模块设置在使用者的腕部，所述健康监测模块为手环。

优选地，还包括分别与所述主控模块电连接的环境监测模块和视频监测模块，所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器；所述视频监测模块为多个，各所述视频监测模块均布在所述座椅外侧，所述视频监测模块为摄像头。

本发明还提供一种语音控制系统，用于如上所述的助老机器人，所述语音识别器包括语音拾取单元和语音处理单元；

所述语音拾取单元用于获取外界的语音信息；

所述语音处理单元分别与所述语音拾取单元和主控单元连接，所述语音处理单元用于将获取的语音信息分析，并生成语音结果输出到所述主控单元；

所述主控单元将所述语音结果与所述存储单元内的语音信息配对，将与语音结果匹配一致的语音信息所对应的运行指令发送至相应执行机构。

优选地，所述语音拾取单元获取的语音信息转换为wav格式。

优选地，所述语音处理单元内置有MATLAB软件，MATLAB软件调用wavread函数对语音信号进行采样处理，采样处理包括记录采样频率和采样位数。

优选地，所述wavread函数为

[y,fs,nbits]＝wavread(file*.wav)，其中y为数值序列，fs表示采样频率(Hz)，nbits表示采样位数。

优选地，所述数值序列y＝wavread(file，N)，N为正整数。

本发明所提供的助老机器人，包括有座椅，所述座椅上固接有行走机构、控制机构和辅助机构，所述控制结构分别使得所述行走机构和所述辅助机构运行，所述行走机构设置在所述座椅底部，使得所述座椅行走，所述辅助机构设置在所述座椅的一侧，所述控制机构设置在所述座椅的另一侧；所述控制机构包括有电源，所述电源连接有主控单元，所述主控单元分别电连接有人机交互单元、信息采集单元、无线通信单元、存储单元、报警单元和具有切换开关的操作杆。上述结构中，包括有座椅，在座椅的底部设置行走机构，该行走机构使得座椅能够实现行走，在座椅的一侧设置辅助机构，该辅助机构用于辅助使用者完成取物、按摩等动作，在座椅的另一侧设置有控制机构，该控制机构用来控制行走机构运行与停止，同时实现前进、后退或转向灯动作，控制机构控制辅助机构的运行和停止。

其中控制机构包括电源，电源连接有主控单元，主控电源分别连接有人机交互单元、信息采集单元、无线通信单元、存储单元、报警单元和具有切换开关的操作杆，人机交互单元用于使用者与控制机构交互，使用者通过操作人机交互单元将使用者的使用意图转换为电信号传输给主控单元，主控单元对人机交互单元发送的电信号进行分析，生成对应指令，并将对应指令发送至对应机构，对应机构接收对应指令执行对应动作，从而实现对使用者的辅助功能。

电源为整个装置的各个部分提供电能，电源为可充电电池，电源还连接有充电接口，通过使用充电装置能够实现实时对电源的能源补给，保证装置的有效运行，信息采集单元用来采集周围环境信息，该环境信息包括障碍物信息、温度信息、湿度信息、烟雾浓度信息、有害气体信息等，并实时将环境信息发送至主控单元，主控单元将环境信息进行分析，当环境信息超过安全标准时，主控单元向报警单元发出报警指令，报警单元发出报警声音提醒使用者和周围人出现危险，同时主动单元通过无线通信单元将危险信息发出，后台通过无线通信单元接收危险信息采取及时有效的处理方式避免使用人员出现危险，另外主控单元向行走机构发出转移指令，行走机构驱动座椅到达相对安全的位置，避免使用者受到生命威胁。

存储单元用于将整个结构的各种数据进行存储，便于管理者能够及时掌握使用者的使用状况，同时具有切换开关的操作杆的设置能够便于使用者通过直接控制操作杆实现对整个结构的控制，简化控制流程，在操作杆上设置的切换开关实现对不同机构之间进行切换，从而便于使用者使用的便捷性。

附图说明

图1为本发明所提供的助老机器人一种具体实施方式的结构示意图；

图2为控制机构结构原理图；

图3为语音识别系统基本原理框图。

附图标记说明：

1-座椅 2-人机交互单元 3-机械手 4-行走机构 5-控制机构 6-储物箱 7-操作杆 8-信息采集单元 9-视频监测模块。

具体实施例

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的助老机器人一种具体实施方式的结构示意图；图2为控制机构结构原理图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的助老机器人，包括有座椅1，所述座椅1上固接有行走机构4、控制机构5和辅助机构，所述控制结构分别使得所述行走机构4和所述辅助机构运行，所述行走机构4设置在所述座椅1底部，使得所述座椅1行走，所述辅助机构设置在所述座椅1的一侧，所述控制机构5设置在所述座椅1的另一侧；所述控制机构5包括有电源，所述电源连接有主控单元，所述主控单元分别电连接有人机交互单元2、信息采集单元8、无线通信单元、存储单元、报警单元和具有切换开关的操作杆7。上述结构中，包括有座椅1，在座椅1的底部设置行走机构4，该行走机构4使得座椅1能够实现行走，在座椅1的一侧设置辅助机构，该辅助机构用于辅助使用者完成取物、按摩等动作，在座椅1的另一侧设置有控制机构5，该控制机构5用来控制行走机构4运行与停止，同时实现前进、后退或转向灯动作，控制机构5控制辅助机构的运行和停止。

其中控制机构5包括电源，电源连接有主控单元，主控电源分别连接有人机交互单元2、信息采集单元8、无线通信单元、存储单元、报警单元和具有切换开关的操作杆7，人机交互单元2用于使用者与控制机构5交互，使用者通过操作人机交互单元2将使用者的使用意图转换为电信号传输给主控单元，主控单元对人机交互单元2发送的电信号进行分析，生成对应指令，并将对应指令发送至对应机构，对应机构接收对应指令执行对应动作，从而实现对使用者的辅助功能。

电源为整个装置的各个部分提供电能，电源为可充电电池，电源还连接有充电接口，通过使用充电装置能够实现实时对电源的能源补给，保证装置的有效运行，信息采集单元8用来采集周围环境信息，该环境信息包括障碍物信息、温度信息、湿度信息、烟雾浓度信息、有害气体信息等，并实时将环境信息发送至主控单元，主控单元将环境信息进行分析，当环境信息超过安全标准时，主控单元向报警单元发出报警指令，报警单元发出报警声音提醒使用者和周围人出现危险，同时主动单元通过无线通信单元将危险信息发出，后台通过无线通信单元接收危险信息采取及时有效的处理方式避免使用人员出现危险，另外主控单元向行走机构4发出转移指令，行走机构4驱动座椅1到达相对安全的位置，避免使用者受到生命威胁。

存储单元用于将整个结构的各种数据进行存储，便于管理者能够及时掌握使用者的使用状况，同时具有切换开关的操作杆7的设置能够便于使用者通过直接控制操作杆7实现对整个结构的控制，简化控制流程，在操作杆7上设置的切换开关实现对不同机构之间进行切换，从而便于使用者使用的便捷性。

需要理解的是，所述操作杆7使得所述行走机构4运行，所述行走机构4包括万向轮和驱动所述万向轮的电机，所述电机电连接所述主控单元。操作杆7上设置有压力传感器，压力传感器通过感应使用者操作时的压力从而控制运行的速度，进而实现灵活控制。

具体理解的是，所述辅助机构包括按摩器和机械手3，所述机械手3的各关节通过多个伺服电机驱动，各所述伺服电机电连接所述操作杆7；所述按摩器设置在所述座椅1的承接面上，所述按摩器与所述主控单元电连接。按摩器设置在座椅1的承接面上，通过人机交互单元2使用者将使用需求输入，人机交互单元2将信号发送至主控单元，主控单元接收该信号，生成按摩控制指令，按摩器接收按摩控制指令从而运行，使得使用者能够享受按摩的服务，其中按摩器中通过电机驱动，其按摩机构参见现有技术中的按摩机构，再次本申请不再进行赘述。机械手3为仿生结构，其活动过程与人体手臂工作过程类似，机械手3各个关节通过伺服电机进行驱动，伺服电机通过接收主控单元的驱动指令使得机械手3进行工作，从而为使用者提供了极大的便利，例如取水、取药等取物工作。另外在座椅1和行走机构4的中间位置设置有储物箱6，该储物箱6内放置有药品等使用者必备的物品，能够极大的方便使用者的使用，同时，机械手3能够完成从储物箱6内取物送到使用者手中的工作，进一步提高了使用者使用的舒适性。

进一步地，所述人机交互单元2包括有语音识别器、喇叭和触屏，所述语音识别器获取语音信息并传输至所述主控单元，所述喇叭接收所述主控单元的声音电信号并发出声音，所述触屏用于使用者输入命令信息，并将命令信息传输至所述主控单元。上述人机交互单元2包括语音识别器、喇叭和触屏，其中语音识别器上设置有SD卡座、串口输出接口、音响输出接口、外置麦克风输入接口、喇叭输出接口等，喇叭与喇叭输出接口连接，语音识别器通过获取使用者的语音信息，将语音信息转换成电信号，主控单元接收电信号，并对电信号进行分析处理从而生成控制指令，执行后续操作，当语音信息为执行某一项运动时，主控单元制生成控制指令发送至相关机构处执行，当语音信息为互动娱乐时主控单元进行筛选，调用存储单元内预存的声音信息，并通过喇叭将声音信息进行播放，从而达到使用者娱乐的目的。

进一步地，所述信息采集单元8为多个，各所述信息采集单元8均布在所述座椅1的外侧且与所述主控单元电连接，所述信息采集单元8为超声波传感器。上述信息采集单元8为超声波传感器，其数量为多个，均与主控单元连接，并且在座椅1外侧均布，也就是说在座椅1周围均设置有信息采集单元8，通过超声波传感器实时监测座椅1周围的状况，当座椅1靠近障碍物时，超声波传感器实时监测障碍物相对座椅1的距离，当障碍物与座椅1之间的距离小于临界值时，主控单元会向行走机构4发送转弯的命令，从而使得座椅1及时避让开障碍物，有效避免座椅1与障碍物发生碰撞，保证使用者的使用安全。

具体地，所述无线通信单元包括红外线接收器、蓝牙模块和WIFI模块，所述红外线接收器与遥控装置实时通信，所述蓝牙模块与移动终端实时通讯，所述WIFI模块通过无线网与后台远程实时通信。上述无线通信单元包括红外线接收器、蓝牙模块和WIFI模块，其中红外线接收器与遥控装置实时通信，也就是说管理人员可以通过遥控装置能够实现对座椅1的无线控制，蓝牙模块通过协议与移动终端实现实时通信，能够进一步提高使用者使用和管理者管理的智能化程度，该移动终端可以为智能手机、PAD、笔记本电脑等，WIFI模块能够通过无线网络实现与后台的远程通信，使得后台管理人员能够实时掌握使用者的使用情况，从而达到有效监管的目的。

具体理解的是，所述存储单元与所述主控单元连接，用于信息的存储，所述信息包括有轨迹信息和动作指令信息。上述存储单元与主控单元连接，存储单元内预存声音信息，该声音信息为使用者娱乐时常用声音信息，当使用者进行娱乐时，主控单元能够及时调用该声音信息，从而实现有效互动娱乐的目的，同时存储单元能够将主控单元的工作状况信息进行及时存储，该工作状况信息包括有轨迹信息和动作指令信息，其中轨迹信息一方面可以对使用者的使用进行监控，另一方面能够供主控单元进行调用，也就是说该轨迹信息可以进行重复实现，有效减少了主控单元的运算量，提高了运行的速度。

进一步地，所述报警单元与所述主控单元连接，用于发出报警声音提醒使用者，所述报警单元为蜂鸣器，当主控单元发出报警指令后，报警单元发出声音来提醒使用者和管理人员出现危险状况，从而保证使用者使用的安全性。

进一步地，还包括与蓝牙模块无线通信的健康监测模块，所述健康监测模块设置在使用者的腕部，所述健康监测模块为手环。上述健康监测模块为手环，佩戴在使用者的腕部，实时对使用者的心率、血压等身体参数进行监控，并通过蓝牙装置与蓝牙模块实现实时无线通信，实时将使用者的身体参数传输至主控单元，主控单元一方面将身体参数进行存储，另一方面通过WIFI模块发送至后台服务器进行存储，当使用者身体参数出现状况时，能够实现报警，进一步保证使用者的安全。

具体地，还包括分别与所述主控模块电连接的环境监测模块和视频监测模块9，所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器；所述视频监测模块9为多个，各所述视频监测模块9均布在所述座椅1外侧，所述视频监测模块9为摄像头。上述座椅1上还包括有与主控模块电连接的环境监测模块和视频监测模块9，通过温度传感器和湿度传感器实时监控所处环境的温度和湿度，保证使用者在一个舒适而安全的环境中，烟雾传感器实时监控使用者所处环境中的烟雾浓度状况，从而有效判断是否发生火灾，进一步保证使用者的安全，同时视频监测模块9为CCD摄像头，能够有效对使用者周围的情况进行视频监控，使得管理者能够有效对现场进行监控，保证使用者的安全。

请参考图2和图3，图2为控制机构结构原理图；图3为语音识别系统基本原理框图。

本发明还提供一种语音控制系统，用于如上所述的助老机器人，所述语音识别器包括语音拾取单元和语音处理单元；所述语音拾取单元用于获取外界的语音信息；所述语音处理单元分别与所述语音拾取单元和主控单元连接，所述语音处理单元用于将获取的语音信息分析，并生成语音结果输出到所述主控单元；所述主控单元将所述语音结果与所述存储单元内的语音信息配对，将与语音结果匹配一致的语音信息所对应的运行指令发送至相应执行机构；所述语音拾取单元获取的语音信息转换为wav格式；所述语音处理单元内置有MATLAB软件，MATLAB软件调用wavread函数对语音信号进行采样处理，采样处理包括记录采样频率和采样位数；所述wavread函数为[y,fs,nbits]＝wavread(file*.wav)，其中y为数值序列，fs表示采样频率(Hz)，nbits表示采样位数；所述数值序列y＝wavread(file，N)，N为正整数。

语音拾取单元获取一段语音信号，然后在matlab软件平台下，利用wavread函数对语音信息进行采样，记住采样频率和采样点数。wavread函数调用格式：y＝wavread(file*.wav)，读取file所规定的wav文件，返回采样值放在响亮y中。[y,fs,nbits]＝wavread(file*.wav)，采样值放在向y中，fs表示采样频率(Hz)，nbits表示采样位数。y＝wavread(file，N)，读取前N点的采样值放在向量y中。y＝wavread(file，[N1，N2])，读取从N1到N2点的采样值放在向量y中,(若只有一个N的点则表示读取前N点的采样值)。例如对语音信号04.wav语音信息进行采样其程序如下：[y,fs,nbits]＝wavread(‘04.wav’)其中：fs＝44100；(fs＝44100为双声道设置频率，fs＝22050为单声道设置频率)nbits＝16；y＝wavread(file，[20000,65000])。

在MATLAB的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。FFT即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。函数FFT用于序列快速傅立叶变换，其调用格式为y＝fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以为一向量或矩阵，若x为一向量，y是x的FFT且和x相同长度；若x为一矩阵，则y是对矩阵的每一列向量进行FFT。如果x长度是2的幂次方，函数fft执行高速基－2FFT算法，否则fft执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。函数FFT的另一种调用格式为y＝fft(x,N)，式中，x，y意义同前，N为正整数。函数执行N点的FFT，若x为向量且长度小于N，则函数将x补零至长度N；若向量x的长度大于N，则函数截短x使之长度为N；若x为矩阵，按相同方法对x进行处理。从而实现对语音信号的处理。

通过上述控制系统能够精准识别使用者的语音操作命令，从而及时有效的执行相关动作，进而有效提高使用者的便捷性。

上述各实施例仅是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种助老机器人，包括有座椅(1)，其特征在于，所述座椅(1)上固接有行走机构(4)、控制机构(5)和辅助机构，所述控制结构分别使得所述行走机构(4)和所述辅助机构运行，所述行走机构(4)设置在所述座椅(1)底部，使得所述座椅(1)行走，所述辅助机构设置在所述座椅(1)的一侧，所述控制机构(5)设置在所述座椅(1)的另一侧；

所述控制机构(5)包括有电源，所述电源连接有主控单元，所述主控单元分别电连接有人机交互单元(2)、信息采集单元(8)、无线通信单元、存储单元、报警单元和具有切换开关的操作杆(7)。

2.根据权利要求1所述的助老机器人，其特征在于，所述操作杆(7)使得所述行走机构(4)运行，所述行走机构(4)包括万向轮和驱动所述万向轮的电机，所述电机电连接所述主控单元；所述辅助机构包括按摩器和机械手(3)，所述机械手(3)的各关节通过多个伺服电机驱动，各所述伺服电机电连接所述操作杆(7)；所述按摩器设置在所述座椅(1)的承接面上，所述按摩器与所述主控单元电连接。

3.根据权利要求2所述的助老机器人，其特征在于，所述人机交互单元(2)包括有语音识别器、喇叭和触屏，所述语音识别器获取语音信息并传输至所述主控单元，所述喇叭接收所述主控单元的声音电信号并发出声音，所述触屏用于使用者输入命令信息，并将命令信息传输至所述主控单元；

所述信息采集单元(8)为多个，各所述信息采集单元(8)均布在所述座椅(1)的外侧且与所述主控单元电连接，所述信息采集单元(8)为超声波传感器；

所述无线通信单元包括红外线接收器、蓝牙模块和WIFI模块，所述红外线接收器与遥控装置实时通信，所述蓝牙模块与移动终端实时通讯，所述WIFI模块通过无线网与后台远程实时通信；

所述存储单元与所述主控单元连接，用于信息的存储，所述信息包括有轨迹信息和动作指令信息；

所述报警单元与所述主控单元连接，用于发出报警声音提醒使用者，所述报警单元为蜂鸣器。

4.根据权利要求3所述的助老机器人，其特征在于，还包括与蓝牙模块无线通信的健康监测模块，所述健康监测模块设置在使用者的腕部，所述健康监测模块为手环；

还包括分别与所述主控模块电连接的环境监测模块和视频监测模块(9)，所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器；所述视频监测模块(9)为多个，各所述视频监测模块(9)均布在所述座椅(1)外侧，所述视频监测模块(9)为摄像头。

5.一种语音控制系统，用于如权利要求1-4任一项所述的助老机器人，其特征在于，所述语音识别器包括语音拾取单元和语音处理单元；

所述语音拾取单元用于获取外界的语音信息；

所述语音处理单元分别与所述语音拾取单元和主控单元连接，所述语音处理单元用于将获取的语音信息分析，并生成语音结果输出到所述主控单元；

所述主控单元将所述语音结果与所述存储单元内的语音信息配对，将与语音结果匹配一致的语音信息所对应的运行指令发送至相应执行机构。

6.根据权利要求5所述的助老机器人，其特征在于，所述语音拾取单元获取的语音信息转换为wav格式。

7.根据权利要求6所述的助老机器人，其特征在于，所述语音处理单元内置有MATLAB软件，MATLAB软件调用wavread函数对语音信号进行采样处理，采样处理包括记录采样频率和采样位数。

8.根据权利要求7所述的助老机器人，其特征在于，所述wavread函数为[y,fs,nbits]＝wavread(file*.wav)，其中y为数值序列，fs表示采样频率(Hz)，nbits表示采样位数。

9.根据权利要求8所述的助老机器人，其特征在于，所述数值序列y＝wavread(file，N)，N为正整数。