CN107914275A - 机器人的头部和智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人的头部和智能机器人，机器人的头部包括头部支架以及分别设置在头部支架上的语音接收模块、驱动模块和主控芯片；语音接收模块，用于接收不同方向的语音并定位声源。驱动模块，包括与头部支架连接的第一连接组件和第一驱动单元，用于驱动机器人的头部进行抬头和点头动作；还包括第二连接组件和第二驱动单元，用于驱动机器人进行摇头动作；主控芯片用于控制机器人的头部朝声源处转动并完成相应的反馈动作。本发明技术方案通过设置语音接收模块、驱动模块和主控芯片，解决了机器人只能根据接收到用户的语音指令，做出对应的回答，而不能精确地通过确认用户的方位做出相应的头部动作作为反馈的问题。

Description

机器人的头部和智能机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种机器人的头部和智能机器人。

背景技术

随着技术的进步，大量的智能机器人被设计和制造出来并运用于社会的生产和生活中，以提高社会生产力和提升人们的生活品质。生产类机器人多用于工厂的生产制造和物料运输等，如常见的智能机械臂、AGV机器人等。家庭服务类的机器人主要用于清洁卫生和人机互动等，如常见的扫地机器人、早教机器人、管家机器人等。现有技术中，家庭服务类机器人一般可与用户进简单语音互动，但是交互过程中机器人只能根据接收到用户的语音指令，做出对应的回答，而不能精确地通过确认用户的方位做出相应的头部动作作为反馈。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种机器人的头部，旨在解决现有技术中，机器人只能根据接收到用户的语音指令，做出对应的回答，而不能精确地通过确认用户的方位做出相应的头部动作作为反馈的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种机器人的头部，包括头部支架以及分别设置在所述头部支架上的语音接收模块、驱动模块和主控芯片；其中，所述语音接收模块，设置在所述头部支架的顶端，包括多个麦克风，分别用于接收不同方向的语音并定位声源；所述驱动模块，包括与所述头部支架连接的第一连接组件和第一驱动单元，用于驱动机器人的头部进行抬头和点头动作；还包括与所述第一连接组件连接的第二连接组件和第二驱动单元，用于驱动机器人进行摇头动作；所述主控芯片分别与所述语音收接收模块、驱动模块连接，用于控制机器人的头部朝声源处转动并完成相应的反馈动作。

优选地，所述语音接收模块还包括用于接收语音指令并对所述语音指令进行降噪和解析的指令接收单元。

优选地，所述机器人的头部还包括设置在所述机器人的头部下方的扬声模块，所述扬声模块与所述主控芯片连接，用于播放音频信息。

优选地，所述摄像模块，设置在所述头部支架的正面，包括用于测量视觉范围内的景物深度信息和轮廓信息的深度摄像单元、用于获取普通影像的主摄像单元。

优选地，所述深度摄像单元包括相互连接的激光发射器、激光接收器和测算芯片；所述激光发射器用于向测量范围内发射激光，所述激光接收器元用于接收反射的激光，所述测算芯片用于测算所述景物深度信息和轮廓信息。

优选地，所述机器人的头部还包括设置在所述机器人的头部内部的散热模块，所述散热模块包括设置在所述深度摄像模块摄像头背面的散热板、设置在所述散热板一侧的散热风扇。

优选地，所述机器人的头部还包括与所述主控芯片连接的通信模块，用于与外部设备和互联网连接。

优选地，所述机器人的头部还包括设置在所述头部支架上的显示模块，所述显示模块与所述主控芯片连接，用于显示图文和影像信息。

优选地，所述机器人的头部还包括设置在所述机器人的头部内部的扬声模块，所述扬声模块与所述主控芯片连接，用于播放音频信息。

优选地，所述摄像模块还包括与所述主摄像单元和深度摄像单元连接的体感识别单元，用于识别用户的体态和手势信息。

本发明还提出一种智能机器人，其特征在于，包括上述的机器人的头部，所述机器人的头部包括头部支架以及分别设置在所述头部支架上的语音接收模块、驱动模块和主控芯片；其中，所述语音接收模块，设置在所述头部支架的顶端，包括多个麦克风，分别用于接收不同方向的语音并定位声源；所述驱动模块，包括与所述头部支架连接的第一连接组件和第一驱动单元，用于驱动机器人的头部进行抬头和点头动作；还包括与所述第一连接组件连接的第二连接组件和第二驱动单元，用于驱动机器人进行摇头动作；所述主控芯片分别与所述语音收接收模块、驱动模块连接，用于控制机器人的头部朝声源处转动并完成相应的反馈动作。

本发明技术方案通过采用语音接收模块收集用户的语音，并确认用户的方位，再由主控芯片根据语音接收模块定位的用户方位控制驱动模块驱动头部做出相应的头部动作，解决了机器人只能根据接收到用户的语音指令，做出对应的回答，而不能精确地通过确认用户的方位做出相应的头部动作作为反馈的问题。

附图说明

图1为本发明机器人的头部一实施例的结构示意图；

图2为本发明机器人的头部另一实施例的结构示意图；

图3为本发明机器人的头部又一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	头部支架	11	基板
12	立板	20	主控芯片
				30	语音接收模块	31	指令接收单元
40	驱动模块	41	第一驱动单元
				42	第一连接组件	43	第二驱动单元
44	第二连接组件	45	连接壳
				46	连接座	50	摄像模块
51	深度摄像单元	52	主摄像单元
				53	激光发射器	54	激光接收器
55	测算芯片	56	体感识别单元
				60	散热模块	70	通信模块
80	显示模块	90	扬声模块

具体实施方式

下面将详细描述本发明的实施例，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，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

为解决上述技术问题，本发明提出一种机器人的头部，参照图1和图2，该机器人的头部包括头部支架10以及分别设置在头部支架10上的语音接收模块30、驱动模块40和主控芯片20；其中，语音接收模块30，设置在头部支架10的顶端，包括多个麦克风，分别用于接收不同方向的语音并定位声源。驱动模块40，包括与头部支架10连接的第一连接组件42和第一驱动单元41，用于驱动机器人的头部进行抬头和点头动作；还包括与第一连接组件42连接的第二连接组件44和第二驱动单元43，用于驱动机器人进行摇头动作。主控芯片20分别与语音收接收模块、驱动模块40连接，用于控制机器人的头部朝声源处转动并完成相应的反馈动作。

在本发明一实施例中，头部支架10包括基板11和设置在基板11一侧的立板12，基板11上设置有格状的加强筋。该机器人的头部还包括设置在基板11上的主控芯片20，主控芯片20分别与设在头部支架10上的语音接收模块30和驱动模块40连接。语音接收模块30包括多个设置在同一水平面且轴向阵列分布的麦克风，语音接收模块30可根据不同方位的麦克风收到的语音的时间差计算出用户的位置即声源位置。驱动模块40包括与头部支架10连接的第一连接组件42和第一驱动单元41，第一驱动单元41包括设置基板11中间主轴向下的第一电机以及与第一电机的主轴连接的齿轮组。齿轮组包括与第一电机的主轴垂直的输出轴。输出轴的两端分别与凹形的第一连接组件42的两突出端连接。第一电机转动时，可驱动机器人的头部以输出轴为旋转轴进行转动，此时机器人的头部进行抬头或点头动作。机器人的头部还包括与第一连接组件42连接的第二连接组件44。第二连接组件44包括与第一连接组件42的底部连接的连接壳45，以及与连接可的环形底部套接的环形的连接座46。连接壳45的环形底部的外缘设置有与连接座46连接的螺钉。第二驱动单元43为第二电机，其转轴与连接座46连接，连接座46的中心轴与转轴同轴设置。当第二电机转动时，可驱动机器人的头部以转轴为中心进行转动，以驱动机器人的头部做出摇头动作。

本发明实施例中，当语音接收模块30接收到外部语音信号或者指令时，先判别发出语音信号或指令的用户的位置，然后头部转动到与用户对面，再执行抬头及低头动作，扫描用户的脸部或者其他生物特征，以对用户进行准确识别，从而实现与用户“面对面”会话，例如，当用户随意在一个空间内发出“跟我走”的指令，机器人的头部先转到与用户相对的位置，然后通过执行“点头”动作扫描用户的生物特征，对用户的脸部或者其他生物特征进行识别，识别到用户的生物特征后，确认用户的身份再开始执行跟随动作，提升了用户体验。

本发明技术方案通过采用语音接收模块30收集用户的语音，并确认用户的方位，再由主控芯片20根据语音接收模块30定位的用户方位控制驱动模块40驱动头部做出相应的头部动作，解决了机器人只能根据接收到用户的语音指令，做出对应的回答，而不能精确地通过确认用户的方位做出相应的头部动作作为反馈的问题。

在本发明另一实施例中，参照图2，所述语音接收模块30还包括用于接收语音指令并对所述语音指令进行降噪和解析的指令接收单元31。在本实施例中，指令接收单元31包括高分辨率的指令接收麦克风，以及降噪解析芯片，可分离出嘈杂环境中用户的语音指令。降噪解析芯片中保存有用户的标准语音库，用户在使用过程中，语音接收模块30首先接受对手机的语音信息进行降噪过滤处理，然后根据标准语音库分析出语音指令中的指令信息并将其处理成主控芯片20可读的数字信号。本发明通过设置语音接收模块30可清晰地获取用户的语音指令并进行分析解读，提高了语音指令的识别率，提升了用户体验。

在本发明一较佳实施例中，参照图3，机器人的头部还包括设置在机器人的头部的下方的扬声模块90，扬声模块90与主控芯片20连接，用于播放音频信息。在本实施例中，扬声模块90包括主控芯片20连接的低音喇叭，可播放音频信息。当机器人的头部在接收到用户的语音指令后，由主控芯片20读取其指令并控制扬声模块90发出对应的语音，实现了与用户的语音交互。此外还用户还可通过与语音指令，控制机器人的头部播放其他的音频信息，如播放音乐等功能。

在本发明又一实施例中，参照图1，机器人的头部还包括设置在头部支架10的正面的摄像模块50，包括用于测量视觉范围内的景物深度信息和轮廓信息的深度摄像单元51、用于获取普通影像的主摄像单元52。在本实施例中摄像模块50包括深度摄像单元51，该深度摄像单元51主要使用(单目)结构光技术，用于获取待视野中环境的深度数据，并构建3D深度图像，具有较远的识别距离。此外深度摄像单元51还可采用双眼定位技术，即模仿人的两眼进行测距技术，包括两个并排设置的RGB摄像头，根据两RGB摄像头拍摄的图像数据中待测物体的角度差异计算出实际距离，具有测量精度高的特点。深度摄像单元51也可采用飞行时间技术也能够实时快速的计算深度信息，进行准确的三维探测，在体感应用上非常好。以上还包括与主摄像单元52，包括一颗超高清的4K摄像头，用于获取环境中的影像信息，提高了机器人的头部的视觉能力。在本实施例中，通过设置包含深度摄像单元51和主摄像单元52的摄像模块50，使机器人的头部具备空间探测能力。

在本发明再一实施例中，参照图1，深度摄像单元51包括相互连接的激光发射器53、激光接收器54和测算芯片55；激光发射器53用于向测量范围内发射激光，激光接收器54元用于接收反射的激光，测算芯片55用于测算景物深度信息和轮廓信息。在本实施例中，深度摄像单元51包括相互连接的激光发射器53、激光接收器54和测算芯片55。激光发射器53产生一张红外激光编码图(IR Light Coding Image)，照射在空间中，使得空间中的物体被加上标记，由于散斑具有高度的随机性，因此空间中任何两处的散斑都会是不同的图案。激光接收器54在截取空间中的激光影像后，把影像交给测算芯片55进行计算，算出深度图。把这个技术放到客厅这样的场景中，简单来说就是深度摄像单元51通过激光发射器53发出有编码的红外激光，这串激光打到监测场景内的物体上之后，也就是所说的场景被这种不可见的已编码的红外激光给标记过了，而后激光接收器54(一个标准的CMOS感应器)接收到返回来的红外激光，并把接收到的信息交给测算芯片55进行处理，最后把结果返回给主控芯片20。本实施例中，通过设置激光发射器53、激光接收器54和测算芯片55可更加准确得获得深度的空间数据，提高了机器人头部的空间探测能力。

在本发明又一实施例中，参照图1，机器人的头部还包括设置在机器人的头部内部的散热模块60，散热模块60包括设置在深度摄像模块50摄像头背面的散热板、设置在散热板一侧的散热风扇。在本实施例中，由于主控芯片20和深度摄像单元51在使用过程中会产生较大的热量。此外，由于机器人的头部一般会设置保护壳体，空间相对密闭头部内部的热量更难散去。由此可在深度摄像单元51的背面设置金属散热板，该散热板一般采用铜或铝制成，包括与深度摄像单元51贴合的连接板和设置在连接板上的多条散热栅条确保热量及时散开。此外还可在散热板的一侧设置散热风扇。散热风扇的出风口与设置在保护壳体上的通风槽连接，加快机器人的头部中的热空气与外界空气的对流，达到降温目的。

在本发明另一实施例中，机器人的头部还包括与主控芯片20连接的通信模块70，用于与外部设备和互联网连接。在本实施例中，通信模块70包括通过有线宽带接入网络的网络通信单元，主要采用包括ADSL、PON技术等等。此外还包括用于与外部设备连接的局域通信单元，包括wifi单元、zigbee单元等。还包括与用户移动终端连接的蓝牙ble单元等。本发明实施例中，通过设置通信模块70可实现机器人的头部与互联网的连接，获取海量信息资源；还可在用户家中建立局域网络控制家中的其他智能设备；或者与用户的移动设备连接，在家中实现无线控制，也可通过网络通信单元，实现在移动终端上进行远程控制的功能。

在本发明再一实施例中，参照图1，机器人的头部还包括设置在头部支架10上的显示模块80，显示模块80与主控芯片20连接，用于显示图文和影像信息。在本实施例中，显示模块80优选液晶显示屏，该液晶显示屏与主控芯片20连接，设置在头部支架10的立板12上。通过在液晶显示屏上显示各种表情作为机器人的表情语言，提高了用户与机器人的头部的交互的趣味性，使本发明更具人性化和智能化，此外还可通过显示模块80播放其他的图文和影像信息。显示模块80还包括设置在液晶显示屏上方的投影单元，在使用过程中，可将图文和影像信息投射在墙壁或者银幕上，使机器人的头部具备了投影功能，可结合室内的其他智能音箱或者扬声模块90，实现家庭影院的功能。本发明通过设置显示模块80改善了与用户之间的信息传递方式，可实现与用户之间的深度交互。

在本发明另一实施例中，参照图2，摄像模块50还包括与所述主摄像单元52和深度摄像单元51连接的体感识别单元56，用于识别用户的体态或手势的信息。在本实施例中，体感识别单元56包括内置的体态和手势指令点线图标准库，通过识别主摄像单元52和深度摄像单元51获取的用户的体态信息和手势信息，将图像中用户的主要运动关节作为动作的识别点，并解析成标准库中的指令类似的点线图。通过体感识别单元56将解析的点线图与指令点线图进行对比，识别用户的体态或手势指令。在实际运用中用户可通过手势对机器人的头部进操作，也可通过机器人的头部进行各种运动训练和体感游戏，提高了娱乐性。

本发明还提出一种智能机器人，包括上述的机器人的头部。该机器人的头部包括头部支架10以及分别设置在头部支架10上的语音接收模块30、驱动模块40和主控芯片20；其中，语音接收模块30，设置在头部支架10的顶端，包括多个麦克风，分别用于接收不同方向的语音并定位声源。驱动模块40，包括与头部支架10连接的第一连接组件42和第一驱动单元41，用于驱动机器人的头部进行抬头和点头动作；还包括与第一连接组件42连接的第二连接组件44和第二驱动单元43，用于驱动机器人进行摇头动作。主控芯片20分别与语音收接收模块、驱动模块40连接，用于控制机器人的头部朝声源处转动并完成相应的反馈动作。

在本发明一实施例中，头部支架10包括基板11和设置在基板11一侧的立板12，基板11上设置有格状的加强筋。该机器人的头部还包括设置在基板11上的主控芯片20，主控芯片20分别与设在头部支架10上的语音接收模块30和驱动模块40连接。语音接收模块30包括多个设置在同一水平面且轴向阵列分布的麦克风，语音接收模块30可根据不同方位的麦克风收到的语音的时间差计算出用户的位置即声源位置。驱动模块40包括与头部支架10连接的第一连接组件42和第一驱动单元41，第一驱动单元41包括设置基板11中间主轴向下的第一电机以及与第一电机的主轴连接的齿轮组。齿轮组包括与第一电机的主轴垂直的输出轴。输出轴的两端分别与凹形的第一连接组件42的两突出端连接。第一电机转动时，可驱动机器人的头部以输出轴为旋转轴进行转动，此时机器人的头部进行抬头或点头动作。机器人的头部还包括与第一连接组件42连接的第二连接组件44。第二连接组件44包括与第一连接组件42的底部连接的连接壳45，以及与连接可的环形底部套接的环形的连接座46。连接壳45的环形底部的外缘设置有与连接座46连接的螺钉。第二驱动单元43为第二电机，其转轴与连接座46连接，连接座46的中心轴与转轴同轴设置。当第二电机转动时，可驱动机器人的头部以转轴为中心进行转动，以驱动机器人的头部做出摇头动作。

本发明实施例中，当语音接收模块30接收到外部语音信号或者指令时，先判别发出语音信号或指令的用户的位置，然后头部转动到与用户对面，再执行抬头及低头动作，扫描用户的脸部或者其他生物特征，以对用户进行准确识别，从而实现与用户“面对面”会话，例如，当用户随意在一个空间内发出“跟我走”的指令，机器人的头部先转到与用户相对的位置，然后通过执行“点头”动作扫描用户的生物特征，对用户的脸部或者其他生物特征进行识别，识别到用户的生物特征后，确认用户的身份再开始执行跟随动作，提升了用户体验。

本发明技术方案通过采用语音接收模块30收集用户的语音，并确认用户的方位，再由主控芯片20根据语音接收模块30定位的用户方位控制驱动模块40驱动头部做出相应的头部动作，解决了机器人只能根据接收到用户的语音指令，做出对应的回答，而不能精确地通过确认用户的方位做出相应的头部动作作为反馈的问题。

以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种机器人的头部，其特征在于，包括头部支架以及分别设置在所述头部支架上的语音接收模块、驱动模块和主控芯片；其中，

所述语音接收模块，设置在所述头部支架的顶端，包括多个麦克风，分别用于接收不同方向的语音并定位声源；

所述驱动模块，包括与所述头部支架连接的第一连接组件和第一驱动单元，用于驱动机器人的头部进行抬头和点头动作；还包括与所述第一连接组件连接的第二连接组件和第二驱动单元，用于驱动机器人进行摇头动作；

所述主控芯片分别与所述语音收接收模块、驱动模块连接，用于控制机器人的头部朝声源处转动并完成相应的反馈动作。

2.如权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于，所述语音接收模块还包括用于接收语音指令并对所述语音指令进行降噪和解析的指令接收单元。

3.如权利要求2所述的机器人的头部，其特征在于，还包括设置在所述机器人的头部下方的扬声模块，所述扬声模块与所述主控芯片连接，用于播放音频信息。

4.如权利要求3所述的机器人的头部，其特征在于，还包括与所述主控芯片连接且设置在所述头部支架的正面的摄像模块，包括用于测量视觉范围内的景物深度信息和轮廓信息的深度摄像单元、用于获取普通影像的主摄像单元。

5.如权利要求4所述的机器人的头部，其特征在于，所述深度摄像单元包括相互连接的激光发射器、激光接收器和测算芯片；所述激光发射器用于向测量范围内发射激光，所述激光接收器元用于接收反射的激光，所述测算芯片用于测算所述景物深度信息和轮廓信息。

6.如权利要求5所述的机器人的头部，其特征在于，还包括设置在所述机器人的头部内部的散热模块，所述散热模块包括设置在所述深度摄像模块摄像头背面的散热板、设置在所述散热板一侧的散热风扇。

7.如权利要求6所述的机器人的头部，其特征在于，还包括与所述主控芯片连接的通信模块，用于与外部设备和互联网连接。

8.如权利要求7所述的机器人的头部，其特征在于，还包括设置在所述头部支架上的显示模块，所述显示模块与所述主控芯片连接，用于显示图文和影像信息。

9.如权利要求1至8中任一项所述的机器人的头部，其特征在于，所述摄像模块还包括与所述主摄像单元和深度摄像单元连接的体感识别单元，用于识别用户的体态和手势信息。

10.一种智能机器人，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的机器人的头部。