CN111267114A - 一种婴幼儿安抚监护机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，机器人包括外壳、外壳包括依次连接的头部(100)、身体(200)、以及底座(300)；身体内设有竖直贯穿的中心转轴(510)和筒管支撑杆(520)、以及旋转驱动机构(400)，中心转轴(510)套装在筒管支撑杆(520)内、并相对筒管支撑杆(520)转动，筒管支撑杆(520)固定连接在身体(200)、底座(300)之间，中心转轴(510)上端连接头部(100)并驱动头部旋转，中心转轴(510)中间与下端分别旋转连接在身体(200)中的旋转驱动机构(400)、底座(300)上。本发明包括身体部分和可转动的头部，在头部设置了摄像头组件和传输模块，以及能够对婴儿的动作进行拍摄的摄像头。

Description

一种婴幼儿安抚监护机器人
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种婴幼儿监护机器人。
背景技术
随着科技的进步，机器人被应用到各个行业和领域，现代机器人具有高度的智能化能够实现各种各样的功能。
婴儿还不具有语言能力，无法清楚表达自己的需求，通常通过哭闹的表现方式，父母除了第一时间认知婴儿在吃饭、不舒服、生病等明确需求之外，还需要提供安抚、安全等等一系列陪护。但传统的陪护通常由父母、保姆等大人进行，因此有必要开发一种能够提供一定安全监护、情绪安抚一体功能的智能机器人，这将大大降低父母照看的时间和精力。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术缺点，而提出的一种婴幼儿安抚监护机器人，可以通过摄像头监控婴儿的人身安全，并能针对性提供音频、氛围灯等两种安抚手段，提升安抚效果。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种婴幼儿安抚监护机器人，包括外壳、外壳包括依次连接的头部100、身体200、以及底座300；身体内设有竖直贯穿的中心转轴510和筒管支撑杆520、以及旋转驱动机构400，中心转轴510套装在筒管支撑杆520内、并相对筒管支撑杆(520)转动，筒管支撑杆520固定连接在身体200、底座300之间，中心转轴510上端连接头部100并驱动头部旋转，中心转轴510中间与下端分别旋转连接在身体200中的旋转驱动机构400、底座300上；所述头部100，包括U形壳体110和球形壳体120，U形壳体底盖为圆形、其中心设有固定连接中心转轴的中心孔；所述球形壳体内设置有垂直翻转机构和摄像头组件，所述球形壳体通过垂直翻转机构转动设于所述U形槽之间，以使得所述球形壳体在所述U形槽中垂直翻转；所述身体200，包括圆柱形外壳210、设于圆柱形外壳内腔的身体支架220，身体支架220上安装有旋转驱动机构400，旋转驱动机构400包括旋转控制电路板410、旋转电机420、主动齿轮430、从动齿轮440、轴承450，轴承450设于身体支架220上方，从上到下依次为轴承450、从动齿轮440、身体支架220、圆柱形外壳210竖直同心，身体支架220、圆柱形外壳210对应位置形成供中心转轴穿过的中心孔，旋转控制电路板410、旋转电机420设于身体支架220下方，旋转电机420转轴连接主动齿轮430，所述主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮内圈固定中心转轴，所述圆柱形外壳210底部固定筒管支撑杆520.。
优选的，所述底座300包括基座壳体310、上透明灯壳320，下透明灯壳340，灯壳内架330，灯壳内架330上设有声音灯光电路板，和声音灯光电路板电连接的LED灯、音箱，基座壳体310、透明灯壳320，灯壳内架330中间都设有同心的中心孔，中心孔向圆心延伸有两固定片301，该固定片用于连接中心转轴；筒管支撑杆520与基座壳体310、透明灯壳320，灯壳内架330水平对应位置设有与固定片配合、提供固定片旋转角度的对称开槽521；中心转轴底部通过轴承连接基座壳体310。
优选的，所述灯壳内架330上设有两个对称安装孔，所述音箱安装在所述安装孔内；所述灯壳内架330外圆周上下表面均布有LED阵列，所述上透明灯壳320，下透明灯壳340设有位置靠近音箱331的透音孔。
优选的，所述下透明灯壳340上设有控制按钮，所述控制按钮电连接所述声音灯光电路板，控制按钮包括灯板开关按钮和音量调节按钮中的至少一种。
优选的，所述灯壳内架330中心孔固定片为触发件，筒管支撑杆520与灯壳内架330中心孔固定片相对的对称开槽内设置有与所述旋转控制电路板410电连接的限位开关，当灯壳内架330中心孔固定片顶到对称开槽内设置的限位开关，即触发所述限位开关，以通过所述旋转控制电路板410控制所述旋转电机420停止转动或者改变转向。
优选地，所述麦克风521设有两个，分别设置在灯壳内架330靠近音箱的位置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明包括身体部分和头部都可转动，并在头部设置了摄像头组件和传输模块，摄像头组件拍摄的图像反馈控制模块驱动旋转电机跟踪婴儿位置，保证机器人实时对准婴儿进行视频监控。本装置头部球形壳体内设置有垂直翻转机构和摄像头组件，可以实现水平和垂直方向的大角度同时旋转拍摄，避免了拍摄的盲区，进一步扩大了拍摄的范围。
2、本机器人底座设有声音灯光电路板，其包括语音交互模块、外部通信模块及与两者电连接的第二控制模块，通过麦克风获取父母控制信号，通过音箱播放安抚歌曲。比如，当婴儿已经喂饱和换完尿布后再次有比较大的动静时，提示父母尽快察觉婴儿已经是处于一个不安的状态，需要去照顾婴儿.父母亲醒来后，并不需要起身，只需要侧身对着麦克风的方向，发出不同的命令，通过麦克风分辨出对应的声音信号，进行相应控制.比如说发出“故事”、“歌曲”等命令来控制音箱播放相应舒缓婴儿情绪的故事或者歌曲。同时，底部集成的LED灯开启，设置为不同颜色，可起到进一步安抚婴儿的作用。
3、本装置底座的上透明灯壳，下透明灯壳，灯壳内架中间都设有同心的中心孔，中心孔向圆心延伸有两固定片，该固定片用于连接中心转轴；筒管支撑杆与上透明灯壳，下透明灯壳，灯壳内架水平对应位置设有与固定片配合、提供固定片旋转角度的对称开槽。由于有对称开槽与固定片的配合，筒管支撑杆固定连接在身体、底座之间保持支撑作用，这样上透明灯壳，下透明灯壳，灯壳内架整体连接在中心转轴上，能够相对筒管支撑杆转动。这样实现底座上的音响位置始终跟随摄像头组件朝向婴儿位置，LED灯光实现变色或者闪烁变换，随着整体旋转，也会带给婴儿更好的游戏效果，总之提供更好的安抚效果。
附图说明
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为本发明底座结构示意图；
图3为本发明旋转驱动机构结构示意图；
图4为本发明的旋转控制电路板系统框图；
图5为本发明的声音灯光电路板系统框图；
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1、2所示，一种婴幼儿安抚监护机器人，包括外壳、外壳包括依次连接的头部100、身体200、以及底座300；身体内设有竖直贯穿的中心转轴和筒管支撑杆520、以及旋转驱动机构400，中心转轴510套装在筒管支撑杆520内、并相对筒管支撑杆520转动，筒管支撑杆520固定连接在身体200、底座300之间，中心转轴510上端连接头部100并驱动头部旋转，中心转轴中间与下端分别旋转连接在身体200中的旋转驱动机构400、底座300上。
所述头部100，包括U形壳体110和球形壳体120，U形壳体底盖为圆形、其中心设有固定连接中心转轴的中心孔；所述球形壳体内设置有垂直翻转机构和摄像头组件，所述球形壳体通过垂直翻转机构转动设于所述U形槽之间，以使得所述球形壳体在所述U形槽中垂直翻转。具体的，所述垂直翻转机构包括翻转控制电路板及电连接的翻转电机，所述翻转电机的转轴位置处于球形壳体的直径上，并且该转轴从球形壳体伸出、与U形槽中对应设置的翻转支架上的转动齿轮轴接，与翻转电机转轴相反位置的球形壳体同一直径位置上设有从动轴，该从动轴从球形壳体伸出、与U形槽中翻转支架上的轴承连接。
如图1、3所示，所述身体200，包括圆柱形外壳210、设于圆柱形外壳内腔的身体支架220，身体支架220上安装有旋转驱动机构400，旋转驱动机构400包括旋转控制电路板410、旋转电机420、主动齿轮430、从动齿轮440、轴承450，轴承450设于身体支架220上方，从上到下依次为轴承450、从动齿轮440、身体支架220、圆柱形外壳210竖直同心，身体支架220、圆柱形外壳210对应位置形成供中心转轴穿过的中心孔，旋转控制电路板410、旋转电机420设于身体支架220下方，旋转电机420转轴连接主动齿轮430，所述主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮内圈固定中心转轴，所述圆柱形外壳210底部固定筒管支撑杆520。圆柱形外壳210、设于圆柱形外壳内腔的身体支架220与筒管支撑杆520、底座300保持固定，旋转电机420、主动齿轮、从动齿轮驱动中心转轴旋转，中心转轴带动上端连接头部100整体旋转。
如图1、3所示，所述底座300包括基座壳体310、上透明灯壳320，下透明灯壳340，灯壳内架330，灯壳内架330上设有声音灯光电路板，和声音灯光电路板电连接的LED灯、音箱331，上透明灯壳，下透明灯壳，灯壳内架330中间都设有同心的中心孔，中心孔向圆心延伸有两固定片301，该固定片用于连接中心转轴；筒管支撑杆520与上透明灯壳，下透明灯壳，灯壳内架330水平对应位置设有与固定片配合、提供固定片旋转角度的对称开槽521；中心转轴底部通过轴承连接基座壳体310。由于有对称开槽521与固定片301的配合，筒管支撑杆520固定连接在身体200、底座300之间保持支撑作用，这样上透明灯壳320，下透明灯壳340，灯壳内架330整体连接在中心转轴上，能够相对筒管支撑杆520转动。
所述灯壳内架330上设有两个对称安装孔，所述音箱安装在所述安装孔内；所述灯壳内架330外圆周上下表面均布有LED阵列，所述上透明灯壳320，下透明灯壳340设有位置靠近音箱331的透音孔。
所述下透明灯壳340上设有控制按钮，所述控制按钮电连接所述声音灯光电路板，控制按钮包括灯板开关按钮和音量调节按钮中的至少一种。
所述灯壳内架330中心孔固定片为触发件，筒管支撑杆520与灯壳内架330中心孔固定片相对的对称开槽内设置有与所述旋转控制电路板410电连接的限位开关，当灯壳内架330中心孔固定片顶到对称开槽内设置的限位开关，即触发所述限位开关，以通过所述旋转控制电路板410控制所述旋转电机420停止转动或者改变转向。
如图4所示，所述旋转控制电路板410包括图像获取单元411、外部通信模块412及与两者电连接的第一控制模块413；第一控制模块413指令通过驱动单元控制旋转驱动机构400、垂直翻转机构；摄像头组件获取的图像信号输入所述图像获取单元，所述图像获取单元用于获取外部图像并将所捕捉的图像以电信号的方式传输到第一控制模块中。
所述摄像头组件的匹配电路与所述第一控制模块电连接，所述摄像头组件可在接收第一控制模块的指令后拍摄外部图像并将拍摄结果发送到所述第一控制模块中，进而通过通信模块发送到服务器或智能设备中，以实现视频拍摄和监控的目的。
所述声音灯光电路板包括语音交互模块、外部通信模块及与两者电连接的第二控制模块；所述语音交互模块包括音频播放单元和音频获取单元，所述音频播放单元包括用于根据控制模块的指令输出音频信号的音箱及其匹配电路，所述音频获取单元包括用于向控制模块输入音频信号的麦克风及其匹配电路。
如图5所示，第二控制模块为微控制器MSP430F147作为主控芯片，音频获取单元包括麦克风以及电接的LD3320芯片，音频播放单元包括WTV-SR模块、连接的W25Q64BV串行FLASH存储器、音箱。所述麦克风设有两个，分别设置在灯壳内架330靠近音箱的位置,用以从不同角度采集外部语音信号，保证了语音信号的质量。换句话说，不管从哪个角度对该机器人输入语音信号，该机器人均能清晰地获取该语音信号。
工作原理：
当婴儿已经喂饱和换完尿布后再次有比较大的动静时，提示父母尽快察觉婴儿已经是处于一个不安的状态，需要去照顾婴儿.父母亲醒来后，并不需要起身，只需要侧身对着麦克风的方向，发出不同的命令，通过麦克风分辨出对应的声音信号，进行相应控制.比如说发出“故事”、“歌曲”等命令来控制音箱播放相应舒缓婴儿情绪的故事或者歌曲。同时，底部集成的LED灯开启，设置为不同颜色，可起到进一步安抚婴儿的作用。本装置头部、身体水平旋转，头部所述球形壳体内设置有垂直翻转机构和摄像头组件，本发明实施例的摄像头可以实现水平和垂直方向的大角度同时旋转拍摄，避免了拍摄的盲区，扩大了拍摄的范围。因此提供了一种远程监控婴儿的。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，机器人包括外壳、外壳包括依次连接的头部(100)、身体(200)、以及底座(300)；身体内设有竖直贯穿的中心转轴(510)和筒管支撑杆(520)、以及旋转驱动机构(400)，中心转轴(510)套装在筒管支撑杆(520)内、并相对筒管支撑杆(520)转动，筒管支撑杆(520)固定连接在身体(200)、底座(300)之间，中心转轴(510)上端连接头部(100)并驱动头部旋转，中心转轴(510)中间与下端分别旋转连接在身体(200)中的旋转驱动机构(400)、底座(300)上；
所述头部(100)，包括U形壳体(110)和球形壳体(120)，U形壳体底盖为圆形、其中心设有固定连接中心转轴的中心孔；所述球形壳体内设置有垂直翻转机构和摄像头组件，所述球形壳体通过垂直翻转机构转动设于所述U形槽之间，以使得所述球形壳体在所述U形槽中垂直翻转；
所述身体(200)，包括圆柱形外壳(210)、设于圆柱形外壳内腔的身体支架(220)，身体支架(220)上安装有旋转驱动机构(400)，旋转驱动机构(400)包括旋转控制电路板(410)、旋转电机(420)、主动齿轮(430)、从动齿轮(440)、轴承(450)，轴承(450)设于身体支架(220)上方，从上到下依次为轴承(450)、从动齿轮(440)、身体支架(220)、圆柱形外壳(210)竖直同心，身体支架(220)、圆柱形外壳(210)对应位置形成供中心转轴穿过的中心孔，旋转控制电路板(410)、旋转电机(420)设于身体支架(220)下方，旋转电机(420)转轴连接主动齿轮(430)，所述主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮内圈固定中心转轴，所述圆柱形外壳(210)底部固定筒管支撑杆(520)；
所述底座(300)包括基座壳体(310)、上透明灯壳(320)、下透明灯壳(340)、灯壳内架(330)，灯壳内架(330)上设有声音灯光电路板，和声音灯光电路板电连接的LED灯、音箱(331)，上透明灯壳(320)、下透明灯壳(340)、灯壳内架(330)中间都设有同心的中心孔，中心孔向圆心延伸有两固定片(301)，该固定片用于连接中心转轴；筒管支撑杆(520)与上透明灯壳(320)、下透明灯壳(340)、灯壳内架(330)水平对应位置设有与固定片配合、提供固定片旋转角度的对称开槽(521)；中心转轴底部通过轴承连接基座壳体(310)。
2.根据权利要求1所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，所述垂直翻转机构包括翻转控制电路板及电连接的翻转电机，所述翻转电机的转轴位置处于球形壳体的直径上，并且该转轴从球形壳体伸出、与U形槽中对应设置的翻转支架上的转动齿轮轴接，与翻转电机转轴相反位置的球形壳体同一直径位置上设有从动轴，该从动轴从球形壳体伸出、与U形槽中翻转支架上的轴承连接。
3.根据权利要求1所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，所述灯壳内架(330)上设有两个对称安装孔，所述音箱安装在所述安装孔内；所述灯壳内架(330)外圆周上下表面均布有LED阵列；所述上透明灯壳(320)，下透明灯壳(340)设有位置靠近音箱的透音孔。
4.根据权利要求1所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，所述下透明灯壳(340)上设有控制按钮，所述控制按钮电连接所述声音灯光电路板，控制按钮包括LED灯开关按钮和音箱音量调节按钮中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，所述灯壳内架(330)中心孔固定片为触发件，筒管支撑杆(520)与灯壳内架(330)中心孔固定片相对的对称开槽内设置有与所述旋转控制电路板(410)电连接的限位开关，当灯壳内架(330)中心孔固定片顶到对称开槽内设置的限位开关，即触发所述限位开关，以通过所述旋转控制电路板(410)控制所述旋转电机(420)停止转动或者改变转向。
6.根据权利要求1所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，所述转控制电路板(410)包括图像获取单元(411)、外部通信模块(412)及与两者电连接的第一控制模块(413)；第一控制模块(413)指令通过驱动单元控制旋转驱动机构(400)、垂直翻转机构；摄像头组件获取的图像信号输入所述图像获取单元，所述图像获取单元用于获取外部图像并将所捕捉的图像以电信号的方式传输到第一控制模块中。
7.根据权利要求6所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，所述摄像头组件的匹配电路与所述第一控制模块电连接，所述摄像头组件可在接收第一控制模块的指令后拍摄外部图像并将拍摄结果发送到所述第一控制模块中，进而通过通信模块发送到服务器或智能设备中，以实现视频拍摄和监控的目的。
8.根据权利要求1所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，所述声音灯光电路板包括语音交互模块、外部通信模块及与两者电连接的第二控制模块；所述语音交互模块包括音频播放单元和音频获取单元，所述音频播放单元包括用于根据控制模块的指令输出音频信号的音箱及其匹配电路，所述音频获取单元包括用于向控制模块输入音频信号的麦克风及其匹配电路。
9.根据权利要求8所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，第二控制模块为微控制器MSP430F147作为主控芯片，音频获取单元包括麦克风以及电接的LD3320芯片，音频播放单元包括WTV-SR模块、连接的W25Q64BV串行FLASH存储器、音箱。
10.根据权利要求9所述的婴幼儿安抚监护机器人，其特征在于，所述麦克风设有两个，分别设置在灯壳内架(330)靠近音箱的位置。
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