CN108608439A - 一种儿童情感宣泄机器人及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种儿童情感宣泄机器人及方法，包括信息采集部件、控制器和执行部件，所述控制器分别与所述检测部件和执行部件连接，所述信息采集部件包括用于采集图像信息的摄像头、用于采集声音信息的麦克风和用于检测心跳的检测组件，所述控制器包括声音处理模块、图像处理模块、执行部件控制模块和定位模块，所述执行部件包括机器人手臂、机器人腿部、机器人头部和扬声器。本发明可有效的解决孩子的心理压力问题和帮助孩子宣泄压力。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种儿童情感宣泄机器人及方法。
背景技术
现有教育陪护型儿童机器人大多是造型可爱、能做出拟人的表情动作、可以充当儿童的玩伴和老师，以人声伴读为主。有智能语音识别交互系统，能够主动对话，与儿童交流沟通；有早教资源，让孩子能够与机器人一起互动学习；远程监控功能，家长可以实时查看孩子的动态；拍照，语音视频通话功能，可以记录孩子的生活；app互动功能，家长能通过app控制机器人，与孩子进行互动交流。
但儿童的心智尚未成熟，面对心理压力还不具备成熟的应对能力，负面情绪得不到及时的宣泄，就有可能造成心理问题，对自身、他人或社会造成危害。当今市场上缺少能够真正了解儿童心理并提供帮助的机器人。它们只能提供一些满足孩子乐趣和学习兴趣的功能，没有一项技术能够解决孩子的心理压力问题和帮助孩子宣泄压力。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种儿童情感宣泄机器人及方法，可有效的解决孩子的心理压力问题和帮助孩子宣泄压力。
为实现上述目的，本发明提供了一种儿童情感宣泄机器人，包括信息采集部件、控制器和执行部件，所述控制器分别与所述检测部件和执行部件连接，所述信息采集部件包括用于采集图像信息的摄像头、用于采集声音信息的麦克风和用于检测心跳的检测组件，所述控制器包括声音处理模块、图像处理模块、执行部件控制模块和定位模块，所述执行部件包括机器人手臂、机器人腿部、机器人头部和扬声器。
作为优选方案，所述摄像头设置于所述机器人头部的眼睛处。
作为优选方案，所述机器人头部的顶端设有用于接收云端数据并与所述控制器连接的天线。
作为优选方案，所述机器人头部的外表面设有包裹夹棉的绒布层。
作为优选方案，所述检测组件包括设置于所述机器人手臂的输出端处的反射式光电传感器和与所述反射式光电传感器配合工作的光敏接收器。
作为优选方案，所述机器人手臂的肩关节处设有用于控制机器人手臂动作的第一电机和第三电机，所述机器人腿部包括两个平行设置的滚轮组，所述滚轮组包括滚轮本体和用于控制所述滚轮本体运动的第二电机，所述机器人手臂上设有用于显示儿童情绪的指示灯。
作为优选方案，所述儿童情感宣泄机器人还包括可用于带动所述机器人头部左右摇摆的颈部和用于控制所述机器人头部前后摆动的领带。
为实现上述相同目的，本发明还提供了一种儿童情感宣泄方法，包括：
语音交流步骤：(1)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块；(2)所述声音处理模块首先对声音信息进行分桢处理，然后进行特征提取；(3)所述声音处理模块将所提取的声音特征与预设的语音模板进行匹配得到声纹信息和语音内容；(4)所述声音处理模块将得到声纹信息和语音内容上传至云端；(5)云端处理器将所述声纹信息和语音内容与云端数据库中的数据进行匹配并搜索需求解决方案，然后将所搜索到的最优方案通过所述天线传递至所述控制器的执行部件控制模块，所述执行部件控制模块根据所述最优方案生产指令信号控制所述执行部件动作；
儿童监护步骤：摄像头采集外界图像信息并将所采集的信息传递至控制器，图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位，同时执行部件控制模块根据所述图像信息识别外界障碍物并完成机器人的路径规划；
情感交流步骤：(a)机器人手臂的输出端触碰儿童的手臂或手腕并使反射式光电传感器的发光管接触所述儿童的手臂或手腕，反射式光电传感器检测儿童血液中透光率的脉动变化并折算成电信号传送至光敏接收器，所述光敏接收器接收到光信号后得出儿童的心率数据；(b)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小；(c)所述执行部件控制模块根据所述儿童的心率数据和声音信息中的分贝大小判断儿童情绪状态并控制所述执行部件动作。
作为优选方案，所述情感交流步骤所述麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小具体包括如下步骤：(b1)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，所述声音处理模块将声音信息转换成电流信号；(b2)所述电流信号经前置放大器变换阻抗；(b3)将前置放大器的输出信号加到计权网格并对输出信号进行计权；(b4)将信号放大至预设幅值、然后传送到有效值检波器得到分贝的大小。
作为优选方案，所述儿童监护步骤中图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位的具体步骤包括：图像处理模块通过骨骼识别方式和/或人脸识别方式和/或特征标志识别方式对所述图像信息进行识别，根据识别结果确定儿童所在位置。
上述技术方案所提供的一种儿童情感宣泄机器人及方法，具备如下功能：(1)语音交流功能：麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块；所述声音处理模块首先对声音信息进行分桢处理，然后进行特征提取；所述声音处理模块将所提取的声音特征与预设的语音模板进行匹配得到声纹信息和语音内容；所述声音处理模块将得到声纹信息和语音内容上传至云端；云端处理器将所述声纹信息和语音内容与云端数据库中的数据进行匹配并搜索需求解决方案，然后将所搜索到的最优方案传递至所述控制器的执行部件控制模块，所述执行部件控制模块根据所述最优方案生产指令信号控制所述扬声器与儿童进行对话，实现语音交流功能。(2)儿童监护功能：摄像头采集外界图像信息并将所采集的信息传递至控制器，图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位，同时摄像头可以实时检测儿童的活动情况，记录孩子的生活，实现儿童监护的功能；(3)情感交流功能：机器人手臂的输出端触碰儿童的手臂或手腕并使反射式光电传感器的发光管接触所述儿童的手臂或手腕，反射式光电传感器检测儿童血液中透光率的脉动变化并折算成电信号传送至光敏接收器，所述光敏接收器接收到光信号后得出儿童的心率数据；麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小；所述执行部件控制模块根据所述儿童的心率数据和声音信息中的分贝大小判断儿童情绪状态并控制所述执行部件动作，执行部件动作具体的动作内容包括所述机器人手臂触摸儿童一方面安抚情绪、另一方面通过心率检测、分贝检测确定孩子的情绪状态，进行语言和动作的安抚。(4)情绪宣泄功能：儿童可通过拍打机器人头部完成情感宣泄。
附图说明
图1为本发明的结构分解图；
图2为机器人手臂的结构示意图；
图3为语音交流步骤的流程图；
图4为儿童监护步骤的流程图；
图5为声音分贝大小检测的流程图。
其中：1、天线；2、摄像头；3、颈部；4、领带；5、机器人手臂；6、机器人腿部；7、机器人头部。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，为本发明所提供的一种儿童情感宣泄机器人，包括信息采集部件、控制器和执行部件，所述控制器分别与所述检测部件和执行部件连接，所述信息采集部件包括用于采集图像信息的摄像头2、用于采集声音信息的麦克风和用于检测心跳的检测组件，所述控制器包括声音处理模块、图像处理模块、执行部件控制模块和定位模块，所述执行部件包括机器人手臂5、机器人腿部6、机器人头部7和扬声器。
具体地，所述儿童情感宣泄机器人具备如下功能：(1)语音交流功能：麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块；所述声音处理模块首先对声音信息进行分桢处理，然后进行特征提取；所述声音处理模块将所提取的声音特征与预设的语音模板进行匹配得到声纹信息和语音内容；所述声音处理模块将得到声纹信息和语音内容上传至云端；云端处理器将所述声纹信息和语音内容与云端数据库中的数据进行匹配并搜索需求解决方案，然后将所搜索到的最优方案传递至所述控制器的执行部件控制模块，所述执行部件控制模块根据所述最优方案生产指令信号控制所述扬声器与儿童进行对话，实现语音交流功能。(2)儿童监护功能：摄像头2采集外界图像信息并将所采集的信息传递至控制器，图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位，同时摄像头2可以实时检测儿童的活动情况，记录孩子的生活，实现儿童监护的功能；(3)情感交流功能：机器人手臂5的输出端触碰儿童的手臂或手腕并使反射式光电传感器的发光管接触所述儿童的手臂或手腕，反射式光电传感器检测儿童血液中透光率的脉动变化并折算成电信号传送至光敏接收器，本实施例中所述光敏接收器包括绿光发光管，所述光敏接收器接收到光信号后得出儿童的心率数据；麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小；所述执行部件控制模块根据所述儿童的心率数据和声音信息中的分贝大小判断儿童情绪状态并控制所述执行部件动作，执行部件动作具体的动作内容包括所述机器人手臂5触摸儿童一方面安抚情绪、另一方面通过心率检测、分贝检测确定孩子的情绪状态，进行语言和动作的安抚。(4)情绪宣泄功能：儿童可通过拍打机器人头部7完成情感宣泄。
本实施例中，所述摄像头2设置于所述机器人头部7的眼睛处，以保证机器人整体的美观，所述机器人头部7的外表面设有包裹夹棉的绒布层，当儿童抚摸机器人头部7时会有柔软、温暖的感觉。所述机器人头部7的顶端设有用于接收云端数据并与所述控制器连接的天线1，在云端处理器将所述声纹信息和语音内容与云端数据库中的数据进行匹配并搜索需求解决方案后，将所搜索到的最优方案通过所述天线1传递至所述控制器的执行部件控制模块。
进一步地，所述检测组件包括设置于所述机器人手臂5的输出端处的反射式光电传感器和与所述反射式光电传感器配合工作的光敏接收器，以完成儿童心率的检测、进而方便实现上述情感交流功能。
进一步地，所述机器人手臂5的肩关节处设有用于控制机器人手臂5动作的第一电机和第三电机，如图2所示，所述机器人手臂5具有绕Y轴转动的自由度和绕Z轴摆动的自由度，所述第一电机用于控制机器人手臂5绕Y轴转动，所述第三电机用于控制所述机器人手臂5绕Z轴摆动；所述机器人腿部6包括两个平行设置的滚轮组，所述滚轮组包括滚轮本体和用于控制所述滚轮本体运动的第二电机，两个滚轮本体通过两个独立的所述第二电机控制，通过调整两轮之间的速度差可实现机器人的转弯过程，作为优选方案，本实施例中，在所述儿童情感宣泄机器人内还设有平衡系统，能更好和更灵活地移动位置和方向。此外，所述机器人手臂5上设有用于显示儿童情绪的指示灯，通过观察指示灯的颜色可方便观察儿童的情绪状态。
本实施例中，所述儿童情感宣泄机器人还包括可用于带动所述机器人头部7左右摇摆的颈部3和用于控制所述机器人头部7前后摆动的领带4，在儿童拍打机器人头部7时由于颈部3会自动带动机器人头部7左右摇摆，当儿童拉扯领带4时，机器人头部7会自动前后摆动，以辅助儿童更好的实现情绪宣泄效果。
此外，如图3-5所示，本实施例还提供了一种利用上述儿童情感宣泄机器人的儿童情感宣泄方法，包括：
语音交流步骤：(1)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块；(2)所述声音处理模块首先对声音信息进行分桢处理，然后进行特征提取；(3)所述声音处理模块将所提取的声音特征与预设的语音模板进行匹配得到声纹信息和语音内容；(4)所述声音处理模块将得到声纹信息和语音内容上传至云端；(5)云端处理器将所述声纹信息和语音内容与云端数据库中的数据进行匹配并搜索需求解决方案，然后将所搜索到的最优方案通过所述天线1传递至所述控制器的执行部件控制模块，所述执行部件控制模块根据所述最优方案生产指令信号控制所述执行部件动作；
儿童监护步骤：摄像头2采集外界图像信息并将所采集的信息传递至控制器，图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位，同时执行部件控制模块根据所述图像信息识别外界障碍物并完成机器人的路径规划；
情感交流步骤：(a)机器人手臂5的输出端触碰儿童的手臂或手腕并使反射式光电传感器的发光管接触所述儿童的手臂或手腕，反射式光电传感器检测儿童血液中透光率的脉动变化并折算成电信号传送至光敏接收器，所述光敏接收器接收到光信号后得出儿童的心率数据；(b)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小；(c)所述执行部件控制模块根据所述儿童的心率数据和声音信息中的分贝大小判断儿童情绪状态并控制所述执行部件动作。
本实施例中，所述情感交流步骤所述麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小具体包括如下步骤：(b1)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，所述声音处理模块将声音信息转换成电流信号；(b2)所述电流信号经前置放大器变换阻抗；(b3)将前置放大器的输出信号加到计权网格并对输出信号进行计权；(b4)将信号放大至预设幅值、然后传送到有效值检波器得到分贝的大小。应该说明的是，如图5所示，图中文字部分所述传声器即为麦克风。
本实施例中，所述儿童监护步骤中图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位的具体步骤包括：图像处理模块通过骨骼识别方式和/或人脸识别方式和/或特征标志识别方式对所述图像信息进行识别，根据识别结果确定儿童所在位置。
通过上述儿童情感宣泄方法，可实现如下功能：(1)语音交流功能：麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块；所述声音处理模块首先对声音信息进行分桢处理，然后进行特征提取；所述声音处理模块将所提取的声音特征与预设的语音模板进行匹配得到声纹信息和语音内容；所述声音处理模块将得到声纹信息和语音内容上传至云端；云端处理器将所述声纹信息和语音内容与云端数据库中的数据进行匹配并搜索需求解决方案，然后将所搜索到的最优方案传递至所述控制器的执行部件控制模块，所述执行部件控制模块根据所述最优方案生产指令信号控制所述扬声器与儿童进行对话，实现语音交流功能。(2)儿童监护功能：摄像头2采集外界图像信息并将所采集的信息传递至控制器，图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位，同时摄像头2可以实时检测儿童的活动情况，记录孩子的生活，实现儿童监护的功能；(3)情感交流功能：机器人手臂5的输出端触碰儿童的手臂或手腕并使反射式光电传感器的发光管接触所述儿童的手臂或手腕，反射式光电传感器检测儿童血液中透光率的脉动变化并折算成电信号传送至光敏接收器，所述光敏接收器接收到光信号后得出儿童的心率数据；麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小；所述执行部件控制模块根据所述儿童的心率数据和声音信息中的分贝大小判断儿童情绪状态并控制所述执行部件动作，执行部件动作具体的动作内容包括所述机器人手臂5触摸儿童一方面安抚情绪、另一方面通过心率检测、分贝检测确定孩子的情绪状态，进行语言和动作的安抚。(4)情绪宣泄功能：儿童可通过拍打机器人头部7完成情感宣泄。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种儿童情感宣泄机器人，其特征在于，包括信息采集部件、控制器和执行部件，所述控制器分别与所述检测部件和执行部件连接，所述信息采集部件包括用于采集图像信息的摄像头、用于采集声音信息的麦克风和用于检测心跳的检测组件，所述控制器包括声音处理模块、图像处理模块、执行部件控制模块和定位模块，所述执行部件包括机器人手臂、机器人腿部、机器人头部和扬声器。
2.根据权利要求1所述的儿童情感宣泄机器人，其特征在于，所述摄像头设置于所述机器人头部的眼睛处。
3.根据权利要求1所述的儿童情感宣泄机器人，其特征在于，所述机器人头部的顶端设有用于接收云端数据并与所述控制器连接的天线。
4.根据权利要求1所述的儿童情感宣泄机器人，其特征在于，所述机器人头部的外表面设有包裹夹棉的绒布层。
5.根据权利要求1所述的儿童情感宣泄机器人，其特征在于，所述检测组件包括设置于所述机器人手臂的输出端处的反射式光电传感器和与所述反射式光电传感器配合工作的光敏接收器。
6.根据权利要求1所述的儿童情感宣泄机器人，其特征在于，所述机器人手臂的肩关节处设有用于控制机器人手臂动作的第一电机和第三电机，所述机器人腿部包括两个平行设置的滚轮组，所述滚轮组包括滚轮本体和用于控制所述滚轮本体运动的第二电机，所述机器人手臂上设有用于显示儿童情绪的指示灯。
7.根据权利要求1所述的儿童情感宣泄机器人，其特征在于，所述儿童情感宣泄机器人还包括可用于带动所述机器人头部左右摇摆的颈部和用于控制所述机器人头部前后摆动的领带。
8.一种利用权利要求1-7中任意一项所述的儿童情感宣泄机器人的儿童情感宣泄方法，其特征在于，包括：
语音交流步骤：(1)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块；(2)所述声音处理模块首先对声音信息进行分桢处理，然后进行特征提取；(3)所述声音处理模块将所提取的声音特征与预设的语音模板进行匹配得到声纹信息和语音内容；(4)所述声音处理模块将得到声纹信息和语音内容上传至云端；(5)云端处理器将所述声纹信息和语音内容与云端数据库中的数据进行匹配并搜索需求解决方案，然后将所搜索到的最优方案通过所述天线传递至所述控制器的执行部件控制模块，所述执行部件控制模块根据所述最优方案生产指令信号控制所述执行部件动作；
儿童监护步骤：摄像头采集外界图像信息并将所采集的信息传递至控制器，图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位，同时执行部件控制模块根据所述图像信息识别外界障碍物并完成机器人的路径规划；
情感交流步骤：(a)机器人手臂的输出端触碰儿童的手臂或手腕并使反射式光电传感器的发光管接触所述儿童的手臂或手腕，反射式光电传感器检测儿童血液中透光率的脉动变化并折算成电信号传送至光敏接收器，所述光敏接收器接收到光信号后得出儿童的心率数据；(b)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小；(c)所述执行部件控制模块根据所述儿童的心率数据和声音信息中的分贝大小判断儿童情绪状态并控制所述执行部件动作。
9.根据权利要求8所述的儿童情感宣泄方法，其特征在于，所述情感交流步骤所述麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，声音处理模块计算所述声音信息中的分贝大小具体包括如下步骤：(b1)麦克风采集外界声音信息并将所采集的声音信息传递至控制器的声音处理模块，所述声音处理模块将声音信息转换成电流信号；(b2)所述电流信号经前置放大器变换阻抗；(b3)将前置放大器的输出信号加到计权网格并对输出信号进行计权；(b4)将信号放大至预设幅值、然后传送到有效值检波器得到分贝的大小。
10.根据权利要求8所述的儿童情感宣泄方法，其特征在于，所述儿童监护步骤中图像处理模块根据所述图像信息实现儿童的定位的具体步骤包括：图像处理模块通过骨骼识别方式和/或人脸识别方式和/或特征标志识别方式对所述图像信息进行识别，根据识别结果确定儿童所在位置。
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