CN111267119A - 一种智能婴儿安抚机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能婴儿安抚机器人，包括数据采集装置、微控制处理器、仿生手臂和心跳模拟装置；数据采集装置，采集母亲搂抱婴儿时的压力数据以及脉搏信息，将采集的信息传输至微控制处理器；仿生手臂，包括布置在手臂上的压电薄膜传感器A，用于监测搂抱婴儿压力；微控制处理器根据监测的压力数据对比采集到的压力数据调整搂抱力度和姿势的控制；心跳模拟装置，微控制处理器根据采集到的脉搏信息控制心跳模拟装置与母亲心跳数一致。
Description
技术领域
本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种智能婴儿安抚机器人。
背景技术
随着二胎政策的开放以及生活节奏的加快，加之雇佣月嫂成本的与日俱增，照顾婴儿成为越来越多的家庭的难题。婴儿的生活作息具有不确定性，大大增加父母照顾婴儿的难度与压力，尤其是婴儿时常半夜啼哭，让父母们分身乏术，身心俱疲。
目前国内市场上，大多数婴儿安抚设备为依赖人力的传统婴儿摇篮床，少部分是利用电机和曲柄摇杆机构驱动的电动婴儿床，两者都存在着自动化、智能化程度低的缺陷，难以满足消费者的需要。近年来，市面上也出现了一些智能婴儿床产品，这类产品大多具有自动摇摆功能以及声音播放功能、啼哭检测和尿湿检测等功能。但是从用户的体验情况来看，有相当一部分的用户表示，自动摇摆功能并不能从根本上解决婴儿“一放就醒”的现象，实际哄睡仍离不开父母的安抚，同时针对婴儿夜醒的问题，目前的智能婴儿床很难实现婴儿续觉。总的来说，目前市面上的各种婴儿安抚设备难以为父母们分担照顾婴儿的重担，现有技术还有待于改进与发展。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种智能婴儿安抚机器人。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种智能婴儿安抚机器人，包括数据采集装置、微控制处理器、仿生手臂和心跳模拟装置；数据采集装置，采集母亲搂抱婴儿时的压力数据以及脉搏信息，将采集的信息传输至微控制处理器；仿生手臂，包括布置在手臂上的压电薄膜传感器A，用于监测搂抱婴儿压力；微控制处理器根据监测的压力数据对比采集到的压力数据调整搂抱力度和姿势的控制；心跳模拟装置，微控制处理器根据采集到的脉搏信息控制心跳模拟装置与母亲心跳数一致。
作为本发明的进一步改进，所述的仿生手臂由一只搂抱臂和一只拍哄臂组成；所述搂抱臂由手掌、小臂和大臂组成的三自由度的机械臂，连接处由第一数字舵机进行连接；所述拍哄臂为一自由度机械臂，连接处采用第二数字舵机进行驱动。
作为本发明的进一步改进，所述压电薄膜传感器A布置在所述手掌、小臂和大臂的内侧，所述微控制处理器根据监测的压力数据对比采集到的压力数据调整第一数字舵机的角度。
作为本发明的进一步改进，还包括布置于所述拍哄臂前端手掌部的超声波测距传感器，所述微控制处理器根据拍打力度的目标值，配合超声波测距传感器所监测的手臂与婴儿的高度差，通过第二数字舵机控制拍哄臂抬升的高度，并控制第二数字舵机驱动的频率。
作为本发明的进一步改进，所述搂抱臂和所述拍哄臂的表面覆盖有亲肤硅胶材料。
作为本发明的进一步改进，所述仿生手臂安装在婴儿床头。
作为本发明的进一步改进，所述的数据采集装置包括脉搏生物传感器和压电薄膜传感器B，所述的脉搏生物传感器安装在母亲手腕内侧，所述的压电薄膜传感器B安装在母亲掌心处。
作为本发明的进一步改进，所述数据采集装置还包括佩戴于母亲手上的手套，以及上臂和下臂的手环，所述的压电薄膜传感器B安装在所述的手套和手环上，所述的脉搏生物传感器安装在手套上。
作为本发明的进一步改进，还包括音乐播放器和睡眠监测装置；所述的睡眠监测模块实时监测婴儿哭闹情况，微控制处理器根据采集到的婴儿哭闹信息控制音乐播放器播放安抚音乐或启动仿生手臂和心跳模拟装置。
本发明的有益效果：本发明提供了从仿生学的角度入手，通过仿生手臂模拟母亲对婴儿的搂抱和拍哄，并结合心跳模拟装置让婴儿感知母亲的心跳，营造一个充分贴合母亲怀抱的环境。与此同时，由于系统的各项参数均可从实际情况中采集并设定，所以系统具有一定的自适应能力，睡眠检测机制则可以实现系统在无人看管情况下对婴儿自动安抚，有效减轻看护压力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为搂抱臂的结构示意图；
图3为拍哄臂的结构示意图；
图4为心跳模拟装置的结构示意图；
图5为数据采集装置的佩带结构示意图；
其中：1-搂抱臂，2-拍哄臂，3-心跳模拟装置，4-睡眠监测装置，5-触摸屏，6-微控制处理器，7-第一数字舵机，8-压电薄膜传感器A，9-第二数字舵机，10-超声波测距传感器，11-螺线圈，12-弹性材料，13-磁铁棒，14-压电薄膜传感器B，15-脉搏生物传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1-5所示的本发明所设计的一种智能婴儿安抚机器人，包括数据采集装置、微控制处理器6、仿生手臂和心跳模拟装置3，上述部分之间采用标准IIC通信。
其中，数据采集装置，采集母亲搂抱婴儿时的压力数据以及脉搏信息，将采集的信息传输至微控制处理器6。
仿生手臂，包括布置在手臂上的压电薄膜传感器A8，用于监测搂抱婴儿压力；微控制处理器6根据监测的压力数据对比采集到的压力数据调整搂抱力度和姿势的控制。
心跳模拟装置3，微控制处理器6根据采集到的脉搏信息控制心跳模拟装置3与母亲心跳数一致。
具体的为，所述的数据采集装置包括脉搏生物传感器15和压电薄膜传感器B14，所述的脉搏生物传感器15安装在母亲手腕内侧，所述的压电薄膜传感器B14安装在母亲掌心处。
所述数据采集装置还包括佩戴于母亲手上的手套，以及上臂和下臂的手环，所述的压电薄膜传感器B14安装在所述的手套和手环上，所述的脉搏生物传感器15安装在手套上。
所述的仿生手臂由一只搂抱臂1和一只拍哄臂2组成。如图2所示，所述搂抱臂1由手掌、小臂和大臂组成的三自由度的机械臂，连接处由第一数字舵机7进行连接；所述拍哄臂2为一自由度机械臂，连接处采用第二数字舵机9进行驱动。
所述压电薄膜传感器A8布置在所述手掌、小臂和大臂的内侧，所述微控制处理器6根据监测的压力数据对比采集到的压力数据，运用PID控制算法实时调整第一数字舵机7的角度，实现搂抱力度的全程可控，高真度还原母亲搂抱婴儿的姿势和体感。
还包括布置于所述拍哄臂2前端手掌部的超声波测距传感器10，所述微控制处理器6根据拍打力度的目标值，配合超声波测距传感器10所监测的手臂与婴儿的高度差，通过第二数字舵机9控制拍哄臂2抬升的高度，并控制第二数字舵机9驱动的频率。具体的为，所述拍哄臂2工作时，第二数字舵机9仅先拍哄臂2抬升到一定高度，之后拍哄臂2在第二数字舵机9作用下，轻轻拍在婴儿身上。拍打力度的目标值可以根据实际使用的需要，由使用者自行设置，实现拍打力度的全程可控和对婴儿拍哄的模拟。
另外，所述搂抱臂1和所述拍哄臂2的表面覆盖有亲肤材料。本发明选用HY-E医用级别人体硅胶作为亲肤材料。
还包括音乐播放器和睡眠监测装置4；所述的睡眠监测模块实时监测婴儿哭闹情况，引入卷积神经网络相关算法，通过预先训练好的神经网络，将婴儿哭闹声与其他噪声加以区分，准确判断婴儿的哭闹情况，微控制处理器6根据采集到的婴儿哭闹信息，控制音乐播放器播放安抚音乐或预先采集的母亲安抚婴儿发出的声音，启动仿生手臂和心跳模拟装置3。
在本发明的一种实施例中，采用以下装置组装机器人：
微控制处理器6采用STM32，将其内置在触摸屏5，如平板、手机等，方便使用者的操作。
仿生手臂中的压电薄膜传感器A8采用的是柔性PZT压电薄膜；第一数字舵机7采用的是RC40R2；第二数字舵机9采用的是RDM840。
数据采集装置中的脉搏生物传感器15采用的是AS7000-AA生物传感器；压电薄膜传感器B14采用的是柔性PZT压电薄膜。
其中所述的压电薄膜传感器A8和压电薄膜传感器B14相比于传统的压力传感器，压电薄膜传感器精度高，而且有着轻薄可弯曲、便于贴合人体皮肤的特点。
本发明所采用的心跳模拟装置3为自制装置，该装置模拟心跳的结构包括一支塑料管表面致密地缠绕数百匝漆包线构成螺线圈11，螺线圈11两端接驱动电路，所述驱动电路受微处理器MCU控制，所述塑料管中放置一支磁铁棒13，塑料管两端口处装有弹性材料12。当微处理器MCU控制驱动电路向螺线圈11提供短暂的驱动电流时，螺线圈11产生磁场带动磁铁棒13碰撞塑料管端口处的弹性材料12，产生一次振动；当驱动电流消失时，螺线圈11产生的磁场随之消失，磁铁棒13在弹性材料12的作用下自动复位。微处理控制器根据数据采集装置采集到的脉搏数据，控制心跳模拟装置3中的驱动电路向螺线圈11提供驱动电流，实现特定心跳振动的还原。
使用本发明装置时，首先将除数据采集装置之外的其它装置安装在婴儿睡觉的地方，常见的是婴儿床，例如，婴儿床头的位置。之后母亲佩戴好信号采集装置，穿戴手套手环是需要注意需将压电薄膜传感器B14和脉搏生物传感器15对应贴附到相对应的位置上，在搂抱婴儿时，压电薄膜传感器B14将采集母亲搂抱婴儿时的力度，脉搏生物传感器15采集母亲的心跳信号，并将相关数据传递给微控制处理器6。随后机器人工作时，微控制处理器6通过控制仿生手臂、音乐播放器和睡眠监测装置4对婴儿进行安抚和哄睡。
以上显示和描述了本发明的基本原理和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说明本发明的原理，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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种智能婴儿安抚机器人，其特征在于：包括数据采集装置、微控制处理器、仿生手臂和心跳模拟装置；
数据采集装置，采集母亲搂抱婴儿时的压力数据以及脉搏信息，将采集的信息传输至微控制处理器；
仿生手臂，包括布置在手臂上的压电薄膜传感器A，用于监测搂抱婴儿压力；微控制处理器根据监测的压力数据对比采集到的压力数据调整搂抱力度和姿势的控制；
心跳模拟装置，微控制处理器根据采集到的脉搏信息控制心跳模拟装置与母亲心跳数一致。
2.根据权利要求1所述的智能婴儿安抚机器人，其特征在于：所述的仿生手臂由一只搂抱臂和一只拍哄臂组成；
所述搂抱臂由手掌、小臂和大臂组成的三自由度的机械臂，连接处由第一数字舵机进行连接；
所述拍哄臂为一自由度机械臂，连接处采用第二数字舵机进行驱动。
3.根据权利要求2所述的智能婴儿安抚机器人，其特征在于：所述压电薄膜传感器A布置在所述手掌、小臂和大臂的内侧，所述微控制处理器根据监测的压力数据对比采集到的压力数据调整第一数字舵机的角度。
4.根据权利要求2所述的智能婴儿安抚机器人，其特征在于：还包括布置于所述拍哄臂前端手掌部的超声波测距传感器，所述微控制处理器根据拍打力度的目标值，配合超声波测距传感器所监测的手臂与婴儿的高度差，通过第二数字舵机控制拍哄臂抬升的高度，并控制第二数字舵机驱动的频率。
5.根据权利要求2-4任一项所述的智能婴儿安抚机器人，其特征在于：所述搂抱臂和所述拍哄臂的表面覆盖有亲肤硅胶材料。
6.根据权利要求1-4任一项所述的智能婴儿安抚机器人，其特征在于：所述仿生手臂安装在婴儿床头。
7.根据权利要求1所述的智能婴儿安抚机器人，其特征在于：所述的数据采集装置包括脉搏生物传感器和压电薄膜传感器B，所述的脉搏生物传感器安装在母亲手腕内侧，所述的压电薄膜传感器B安装在母亲掌心处。
8.根据权利要求7所述的智能婴儿安抚机器人，其特征在于：所述数据采集装置还包括佩戴于母亲手上的手套，以及上臂和下臂的手环，所述的压电薄膜传感器B安装在所述的手套和手环上，所述的脉搏生物传感器安装在手套上。
9.根据权利要求1所述的智能婴儿安抚机器人，其特征在于：还包括音乐播放器和睡眠监测装置；所述的睡眠监测模块实时监测婴儿哭闹情况，微控制处理器根据采集到的婴儿哭闹信息控制音乐播放器播放安抚音乐或启动仿生手臂和心跳模拟装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200612 |