CN108393893B - 一种基于机器感觉和运动的智能机器人及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器感觉和运动的智能机器人及其系统，包括机器人本体和设置于移动终端的应用终端，机器人本体内设置有感觉系统、行为系统和中央控制系统，感觉系统和行为系统分别与中央控制系统进行连接；感觉系统包括语音识别模块，中央控制系统包括主控芯片和语音输出组件，语音识别模块和语音输出组件分别与主控芯片连接；语音识别模块根据收集的语音信息进行识别和提取，向主控芯片发送触发信号，从而主控芯片根据预设程序触发语音输出组件发声，直到语音识别模块没有提取出与预设程序相匹配的关键词。本发明的智能机器人及其系统，用户不仅有婴儿的陪伴，还可以与婴儿进行简单的对话互动，使得用户在与婴儿相处时有更好的体验。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，尤其是一种基于机器感觉和运动的智能机器人及其系统。
背景技术
随着人工智能的快速发展，我们又向着智能社会迈进，机器人是智能社会的其中一个显著特征，而各种智能机器人都已经发展到一定的水平，服务机器人，送货机器人等都已经普遍存在，但智能婴儿机器人还是没有普遍。
产妇可以通过智能婴儿来模拟真实婴儿，提前适应婴儿的各种状态并提前体会处理时的感受；对于其他人群，如无法生育的人，智能婴儿也可以成为他们的陪伴。而现有的智能婴儿只是通过模拟不同状态下的婴儿的表现特征，且每一种状态都需要通过模式切换按键来实现，是一种用于医学教学的工具，并不能与用户之间进行简单的智能化的互动。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于机器感觉和运动的智能机器人及其系统，用户不仅可以拥有婴儿的陪伴，还可以与婴儿进行简单的对话互动，使得用户在与婴儿相处时拥有更多的乐趣。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种基于机器感觉和运动的智能机器人，包括机器人本体，所述机器人本体内设置有用于感知外界信息及内部信息的感觉系统、驱动所述机器人本体进行爬行移动的行为系统和中央控制系统，所述感觉系统和行为系统分别与中央控制系统进行连接；所述感觉系统包括设置于机器人本体内的主控芯片和设置于机器人本体耳朵上的语音识别模块，所述中央控制系统包括设置于机器人本体嘴巴上的语音输出组件，所述语音识别模块和语音输出组件分别与主控芯片连接；所述语音识别模块根据收集的语音信息进行识别和提取，向主控芯片发送触发信号，从而主控芯片根据预设程序触发语音输出组件进行发声，直到语音识别模块没有提取出与预设程序相匹配的关键词。
进一步，所述感觉系统还包括设置于机器人本体眼睛上的摄像头模块，所述摄像头模块与主控芯片连接，所述摄像头模块进行图像信号的收集和人脸识别，向主控芯片发送触发信号，从而主控芯片根据收到的信号触发语音输出组件发出婴儿语音。
进一步，所述行为系统包括测力传感器模块、陀螺仪模块、电机驱动模块和电机模块，所述测力传感器模块、陀螺仪模块分别与主控芯片连接，主控芯片、电机驱动模块和电机模块依次连接；所述测力传感器模块在机器人本体进行爬行的过程中检测四肢的压力值向主控芯片发送触发信号，从而主控芯片通过触发电机驱动模块来控制电机模块的运动；陀螺仪模块检测机器人本体是否平衡向主控芯片发送触发信号；摄像头模块在机器人本体进行爬行的过程中对爬行路线上的图像进行收集和识别，向主控芯片发送触发信号，直到识别爬行路线上存在障碍物，主控芯片控制机器人本体停止爬行。
进一步，所述感觉系统还包括湿度测试装置，所述湿度测试装置包括设置在机器人本体嘴巴位置的第一湿度传感器和设置在机器人本体裆部位置的第二湿度传感器，所述第一湿度传感器和第二湿度传感器分别与主控芯片连接；所述第一湿度传感器将机器人本体嘴巴内部的湿度值向主控芯片发送，主控芯片根据收到的信号驱动语音输出组件发出婴儿的语音，直到对机器人本体进行喂奶操作而使嘴巴内部的湿度值大于饥饿状态的第一湿度设定值；所述第二湿度传感器将机器人裆部位置的湿度值向主控芯片发送，主控芯片根据收到的信号驱动语音输出组件发出婴儿的语音，直到对机器人本体进行换尿布操作而使得裆部的湿度值小于排泄状态的第二湿度设定值。
进一步，所述感觉系统还包括红外感应机构，所述红外感应机构与所述主控芯片连接；所述红外感应机构设置在机器人本体的肚脐位置上，根据机器人本体的肚脐位置是否被触摸而向主控芯片发送触发信号，从而使所述主控芯片触发所述语音输出组件发出婴儿的语音。
进一步，所述感觉系统还包括温度传感装置，所述温度传感装置与所述主控芯片连接；所述温度传感装置检测周围环境温度并向所述主控芯片发送触发信号，从而所述主控芯片根据收到的触发信号触发所述语音输出组件发出婴儿的语音，直到由所述温度传感装置检测到的温度值处于适宜温度范围之内。
进一步，所述语音输出组件包括语音模块和用于发声的喇叭，所述喇叭、语音模块和主控芯片依次连接。
进一步，所述中央控制系统还包括提供时钟周期的时钟模块和提供电源的电源模块，所述时钟模块和电源模块分别与主控芯片相连接。
一种应用权利要求1-8任一所述基于机器感觉和运动的智能机器人的系统，还包括设置在移动终端上的应用终端，所述中央控制系统还包括用于与所述应用终端进行数据交互的无线传输模块，所述无线传输模块与所述主控芯片连接，所述应用终端显示由所述无线传输模块传输过来的机器人本体的状态。
进一步，所述无线传输模块为WI F I无线模块。
本发明的有益效果是：一种基于机器感觉和运动的智能机器人及其系统，感觉系统能够感知外界和机器人本体内部的信息，中央控制系统作为一个系统整体上的控制处理，行为系统能够控制机器人本体进行相应的运动；感觉系统上的语音识别模块可以对外界的声音进行识别，频谱分析，特征提取，检测语音信号是否有效；如果有效，将该信号发送到主控芯片，主控芯片根据预设的程序驱动语音输出组件发出婴儿的语音，这样子用户就可以与机器人本体进行简单的对话互动。通过这样的方式，使得用户在与机器人本体相处的过程中更加的富有乐趣，给用户带来了更好的体验。另外，设置在机器人本体内部的无线传输模块能够与用户的移动终端进行数据交互，使得用户可以利用移动终端即可获得机器人本体的状态，使得用户可以更方便地了解机器人的状态。因此，本发明的智能机器人及其系统，不仅可以给产妇提供产前养育婴儿的学习机会，对无法生育的人进行陪伴，还可以与用户进行简单的对话互动，给用户带来了更好的体验。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的智能机器人及其系统的原理图；
图2是本发明的智能机器人的中央控制系统原理图；
图3是本发明的智能机器人的感觉系统原理图；
图4是本发明的智能机器人的行为系统原理图。
具体实施方式
参照图1-3，本发明的一种基于机器感觉和运动的智能机器人，包括机器人本体，所述机器人本体内设置有用于感知外界信息及内部信息的感觉系统2、驱动所述机器人本体进行爬行移动的行为系统3和中央控制系统1，所述感觉系统2和行为系统3分别与中央控制系统1进行连接；所述感觉系统2包括设置于机器人本体耳朵上的语音识别模块21，所述中央控制系统1包括设置于机器人本体内部的主控芯片11和设置于机器人本体嘴巴上的语音输出组件，所述语音识别模块21和语音输出组件分别与主控芯片11连接；所述语音识别模块21根据收集的语音信息进行识别和提取，向主控芯片11发送触发信号，从而主控芯片11根据预设程序触发语音输出组件进行发声，直到语音识别模块21没有提取出与预设程序相匹配的关键词。感觉系统2能够感知外界和机器人本体内部的信息，中央控制系统1作为一个系统整体上的控制处理，行为系统3能够控制机器人本体进行相应的运动；感觉系统2上的语音识别模块21可以对外界的声音进行识别，频谱分析，特征提取，检测语音信号是否有效；如果有效，将该信号发送到主控芯片11，主控芯片11根据预设的程序驱动语音输出组件发出婴儿的语音，这样子用户就可以与机器人本体进行简单的对话互动。通过这样的方式，使得用户在与机器人本体相处的过程中更加的富有乐趣，给用户带来了更好的体验。另外，设置在机器人本体内部的无线传输模块12能够与用户的应用终端4进行数据交互，使得用户可以利用应用终端4即可获得机器人本体的状态，使得用户可以更方便地了解机器人的状态。因此，本发明的智能机器人及其系统，不仅可以给产妇提供产前养育婴儿的学习机会，对无法生育的人进行陪伴，还可以与用户进行简单的对话互动，给用户带来了更好的体验。
其中，所述感觉系统2还包括设置于机器人本体眼睛上的摄像头模块22，所述摄像头模块22与主控芯片11连接，所述摄像头模块22进行图像信号的收集和人脸识别，向主控芯片11发送触发信号，从而主控芯片11根据收到的信号触发语音输出组件发出婴儿语音。机器人本体的眼睛安装有摄像头模块22，实时采集图像数据，采集完图像后通过人脸定位提取用户的面部特征，然后把提取到的特征数据发送给主控芯片11，主控芯片11与原先设定好的人脸资料库进行比较，如果识别到是匹配的脸部信息后，驱动语音输出组件发出“爸爸”或者“妈妈”等声音，若长期获取不到用户设定的脸部信息，则会发出哭声提醒用户孩子需要陪伴了。
参考图4，所述行为系统3包括测力传感器模块31、陀螺仪模块24、电机驱动模块32和电机模块33，所述测力传感器模块31、陀螺仪模块24分别与主控芯片11连接，主控芯片11、电机驱动模块32和电机模块33依次连接；所述测力传感器模块31在机器人本体进行爬行的过程中检测四肢的压力值向主控芯片11发送触发信号，从而主控芯片11通过触发电机驱动模块32来控制电机模块33的运动；陀螺仪模块24检测机器人本体是否平衡并向主控芯片11发送触发信号；摄像头模块22在机器人本体进行爬行的过程中对爬行路线上的图像进行收集和识别，向主控芯片11发送触发信号，直到识别爬行路线上存在障碍物，主控芯片11控制机器人本体停止爬行。婴儿的爬行是靠者双手和双膝支撑着身体保持平衡，然后借助膝盖用力推动身体向前或向后移动。在左手掌着地的同时手心的测力传感器模块31检测婴儿接触到地面时手所受到的力，判断婴儿是否能平衡，如果力过大则说明婴儿支撑不住快要趴下了，若测到力太小则说明手掌没有着地，此时婴儿也是处于不平衡的状态；当主控芯片11收到左手掌受力过小信号时，驱动机器人本体中的电机驱动模块32，电机驱动模块32控制电机模块33，电机模块33增大左手掌对地面的压力，使得机器人本体不会出现趴下的情况；当主控芯片11收到左手掌受力过大信号时，驱动机器人本体中的电机驱动模块32，电机驱动模块32控制电机模块33，电机模块33增大右手掌对地面的压力，使得机器人本体不会出现趴下的情况。在婴儿的颈部安装有电机模块33，当婴儿爬行时电机驱动模块32转动一定的角度把头抬起来，使得眼睛直视前方，当婴儿眼睛里面的摄像头模块22检测到前方有障碍物时婴儿自动停止爬行，防止撞到障碍物。
其中，所述感觉系统2还包括湿度测试装置23，所述湿度测试装置23包括设置在机器人本体嘴巴位置的第一湿度传感器和设置在机器人本体裆部位置的第二湿度传感器，所述第一湿度传感器和第二湿度传感器分别与主控芯片11连接；所述第一湿度传感器将机器人本体嘴巴内部的湿度值向主控芯片11发送，主控芯片11根据收到的信号驱动语音输出组件发出婴儿的语音，直到对机器人本体进行喂奶操作而使嘴巴内部的湿度值大于饥饿状态的第一湿度设定值；所述第二湿度传感器将机器人裆部位置的湿度值向主控芯片发送，主控芯片11根据收到的信号驱动语音输出组件发出婴儿的语音，直到对机器人本体进行换尿布操作而使得裆部的湿度值小于排泄状态的第二湿度设定值。具体地，感觉系统2能够感知外界信息及机器人本体的内部信息，设置在嘴巴内部的第一湿度传感器能够对嘴巴内部的湿度进行检测，当第一湿度传感器检测到嘴巴内部的湿度值小于对应饥饿状态的第一湿度设定值时，第一湿度传感器会向主控芯片11发送触发信号，此时，主控芯片11能够根据触发信号而对语音输出组件进行触发，从而使得语音输出组件发出对应饥饿的哭声；此时，用户通过利用奶瓶给机器人本体进行喂奶操作从而增加嘴巴的湿度，当嘴巴的湿度大于对应饥饿状态的第一湿度设定值时，机器人本体即会停止发出哭声。第二湿度传感器能够模拟真实婴儿的尿湿或排泄的状态，当人为倒水在机器人本体的裆部而模拟婴儿尿湿时，此时，裆部的湿度会增加，当裆部的湿度大于对应排泄状态的第二湿度设定值时，表示婴儿尿湿或者排泄，第二湿度传感器会向主控芯片11发送触发信号，当主控芯片11接收到该触发信号后，会驱动语音输出组件发出哭声，从而提醒用户需要对机器人本体更换尿布；而当用户更换尿布后，机器人本体的裆部的湿度会降低，当第二湿度传感器检测到裆部的湿度小于第二湿度设定值时，说明用户已经完成了尿布的更换，因此机器人本体会停止发出哭声。因此，本发明的智能机器人能够帮助产妇进行婴儿的养育训练，从而有助于产妇提前适应婴儿的养育。
其中，所述感觉系统2还包括红外感应机构25，所述红外感应机构25与所述主控芯片11连接；所述红外感应机构25设置在机器人本体的肚脐位置上，根据机器人本体的肚脐位置是否被触摸而向主控芯片11发送触发信号，从而使所述主控芯片11触发所述语音输出组件发出婴儿的语音。当用户触摸机器人本体的肚脐位置时，处于肚脐位置的红外感应机构25会被遮挡，因此由红外感应机构25发出的红外光线会被用户的手所反射，因此红外感应机构25之中的感应接收端能够接收到被反射回来的红外光线，当红外感应机构25的感应接收端接收到被反射回来的红外光线时，表明机器人本体感受到用户的抚摸操作，因此会触发机器人本体的语音输出组件发出笑声，从而模拟家长与婴儿的互动。
其中，所述感觉系统2还包括温度传感装置26，所述温度传感装置26与所述主控芯片11连接；所述温度传感装置26检测周围环境温度并向所述主控芯片11发送触发信号，从而所述主控芯片11根据收到的触发信号触发所述语音输出组件发出婴儿的语音，直到由所述温度传感装置26检测到的温度值处于适宜温度范围之内。设定适宜温度范围值在21-27度之间，当温度传感装置26检测到机器人本体所处的环境的温度低于21度或者高于27度时，说明机器人本体所处的环境的温度过低或者过高，表示婴儿感到不适，因此主控芯片11能够根据由温度传感装置26所检测到的环境温度而对语音输出组件进行触发，使得语音输出组件发出哭声，从而提醒用户需要把婴儿转移到温度适合的环境之中。当温度传感装置26检测到机器人本体所处的环境温度介于21度至27度之间时，表明婴儿处于舒适的环境中，所以语音输出组件不会发出婴儿的哭声。
其中，所述语音输出组件包括语音模块13和用于发声的喇叭14，所述喇叭14、语音模块13和主控芯片11依次连接。语音模块13内部会保存有哭声、笑声、打嗝声等一系列声音，当机器人本体模仿婴儿处于哭闹、嬉戏、饥饿、排泄和感知环境温度等各种状态时，主控芯片11会根据对应不同状态的由不同传感器传输过来的信号，对语音模块13进行触发，从而在语音模块13之中对应地选择符合当前状态的声音信号，并把该声音信号从语音模块13之中输出到喇叭14，最终由喇叭14向外界发出对应的声音，从而能够真实模拟婴儿的状态，使得用户能够进行良好的婴儿培育训练。
其中，所述中央控制系统1还包括提供时钟周期的时钟模块15和提供电源的电源模块16，所述时钟模块15和电源模块16分别与主控芯片11相连接。时钟模块15对整个系统提供同步的时钟信号，以便于系统上的各个预设程序的运行；电源模块16对整个系统进行供电处理。
一种应用基于机器感觉和运动的智能机器人的系统，参照图1，还包括设置在移动终端上的应用终端4，所述中央控制系统1还包括用于与所述应用终端4进行数据交互的无线传输模块12，所述无线传输模块12与所述主控芯片11连接，所述应用终端4显示由所述无线传输模块12传输过来的机器人本体的状态。应用终端4安装在移动终端上，用户可以从应用终端4上方便地对机器人的状态进行查看，并可以对机器人下发命令。
其中，所述无线传输模块12为WI F I无线模块。应用终端4与机器人本体内德无线传输模块12通过WI F I进行数据的交互传输，使得用户能够利用智能手机即可获取机器人本体所处的状态，从而能够帮助用户养成良好的育儿习惯。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种基于机器感觉和运动的智能机器人，其特征在于：包括机器人本体，所述机器人本体内设置有用于感知外界信息及内部信息的感觉系统(2)、驱动所述机器人本体进行爬行移动的行为系统(3)和中央控制系统(1)，所述感觉系统(2)和行为系统(3)分别与中央控制系统(1)进行连接；所述感觉系统(2)包括设置于机器人本体耳朵上的语音识别模块(21)，所述中央控制系统(1)包括设置于机器人本体内部的主控芯片(11)和设置于机器人本体嘴巴上的语音输出组件，所述语音识别模块(21)和语音输出组件分别与主控芯片(11)连接；所述语音识别模块(21)根据收集的语音信息进行识别和提取，向主控芯片(11)发送触发信号，从而主控芯片(11)根据预设程序触发语音输出组件进行发声，直到语音识别模块(21)没有提取出与预设程序相匹配的关键词；
其中，所述感觉系统(2)还包括湿度测试装置(23)，所述湿度测试装置(23)包括设置在机器人本体嘴巴位置的第一湿度传感器和设置在机器人本体裆部位置的第二湿度传感器，所述第一湿度传感器和第二湿度传感器分别与主控芯片(11)连接；所述第一湿度传感器将机器人本体嘴巴内部的湿度值向主控芯片(11)发送，主控芯片(11)根据收到的信号驱动语音输出组件发出婴儿的语音，直到对机器人本体进行喂奶操作而使嘴巴内部的湿度值大于饥饿状态的第一湿度设定值；所述第二湿度传感器将机器人裆部位置的湿度值向主控芯片发送，主控芯片(11)根据收到的信号驱动语音输出组件发出婴儿的语音，直到对机器人本体进行换尿布操作而使得裆部的湿度值小于排泄状态的第二湿度设定值。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器感觉和运动的智能机器人，其特征在于：所述感觉系统(2)还包括设置于机器人本体眼睛上的摄像头模块(22)，所述摄像头模块(22)与主控芯片(11)连接，所述摄像头模块(22)进行图像信号的收集和人脸识别，向主控芯片(11)发送触发信号，从而主控芯片(11)根据收到的信号触发语音输出组件发出婴儿语音。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器感觉和运动的智能机器人，其特征在于：所述行为系统(3)包括测力传感器模块(31)、陀螺仪模块(24)、电机驱动模块(32)和电机模块(33)，所述测力传感器模块(31)、陀螺仪模块(24)分别与主控芯片(11)连接，主控芯片(11)、电机驱动模块(32)和电机模块(33)依次连接；所述测力传感器模块(31)在机器人本体进行爬行的过程中检测四肢的压力值向主控芯片(11)发送触发信号，从而主控芯片(11)通过触发电机驱动模块(32)来控制电机模块(33)的运动；陀螺仪模块(24)检测机器人本体是否平衡并向主控芯片(11)发送触发信号；摄像头模块(22)在机器人本体进行爬行的过程中对爬行路线上的图像进行收集和识别，向主控芯片(11)发送触发信号，直到识别爬行路线上存在障碍物，主控芯片(11)控制机器人本体停止爬行。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器感觉和运动的智能机器人，其特征在于：所述感觉系统(2)还包括红外感应机构(25)，所述红外感应机构(25)与所述主控芯片(11)连接；所述红外感应机构(25)设置在机器人本体的肚脐位置上，根据机器人本体的肚脐位置是否被触摸而向主控芯片(11)发送触发信号，从而使所述主控芯片(11)触发所述语音输出组件发出婴儿的语音。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器感觉和运动的智能机器人，其特征在于：所述感觉系统(2)还包括温度传感装置(26)，所述温度传感装置(26)与所述主控芯片(11)连接；所述温度传感装置(26)检测周围环境温度并向所述主控芯片(11)发送触发信号，从而所述主控芯片(11)根据收到的触发信号触发所述语音输出组件发出婴儿的语音，直到由所述温度传感装置(26)检测到的温度值处于适宜温度范围之内。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器感觉和运动的智能机器人，其特征在于：所述语音输出组件包括语音模块(13)和用于发声的喇叭(14)，所述喇叭(14)、语音模块(13)和主控芯片(11)依次连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于机器感觉和运动的智能机器人，其特征在于：所述中央控制系统(1)还包括提供时钟周期的时钟模块(15)和提供电源的电源模块(16)，所述时钟模块(15)和电源模块(16)分别与主控芯片(11)相连接。
8.一种应用权利要求1-7任一所述基于机器感觉和运动的智能机器人的系统，其特征在于：还包括设置在移动终端上的应用终端(4)，所述中央控制系统(1)还包括用于与所述应用终端(4)进行数据交互的无线传输模块(12)，所述无线传输模块(12)与所述主控芯片(11)连接，所述应用终端(4)显示由所述无线传输模块(12)传输过来的机器人本体的状态。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述无线传输模块(12)为WIFI无线模块。
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