CN115581845A - 一种互动安抚机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种互动安抚机器人，包括载体，载体内设置有控制器，载体还设置有与控制器电连接的采集模块和执行模块，采集模块包括摄像头、红外传感器、姿态传感器、手势与环境光传感器、麦克风、脉搏传感器和触摸传感器，执行模块包括喇叭、灯效光源、振动马达和胸腔运动机构，本发明以呼吸、心跳最基本的韵律运动为基础，并配以与呼吸、心跳声联动的灯效光源、胸腔运动机构及振动马达等，引导用户完成正念运动，有助于用户缓解、释放压力，安抚心情。

Description

一种互动安抚机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是一种具有互动安抚作用的玩具。

背景技术

随着社会进步的加快，来自学习、工作、家庭等的压力已经普遍存在，对于如何缓解、释放压力，已经成为社会关注的问题之一。乔.卡巴金认为，正念是一种觉知力，是通过有目的地将注意力集中于当下, 不加评判地觉知一个又一个瞬间所呈现的体验, 而涌现出的一种觉知力。正念运动有很多种，包括冥想、身体扫描、韵律运动等，心理学研究表明，沉浸于正念运动中，就能让人们平静、放松，获得精神的愉悦感、满足感，这其中，呼吸、心跳作为最基本的韵律运动，受到环境限制比较小，是最容易实现的正念运动。

公开号为CN111590600A，名称为一种基于多模态数据情感交互的抱枕机器人系统的专利文献公开一种就有互动安抚功能的抱枕机器人，其感知模块包括摄像头、麦克风、温度传感器、心率传感器、呼吸频率传感器、力度传感器以及拍打频率传感器；传感器数据信息包括人脸面部图像信息、用户的声音信息、用户面部我温度信息、用户的心跳频率信息、用户呼吸时腹部起伏频率、用户拥抱抱枕主体的拥抱力度信息、用户拍打抱枕主体背部的拍打频率信息等，在实际中，人们心中肯定会存在一些不想与别人分享的秘密，很显然，这种抱枕机器人适用于第一用户和第二用户互动感知安抚，但不适用于自我安抚。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种能够实现自我安抚的互动安抚机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种互动安抚机器人，包括载体，所述载体内设置有控制器，所述载体还设置有与所述控制器电连接的采集模块和执行模块，所述采集模块包括摄像头、红外传感器、姿态传感器、手势与环境光传感器、麦克风、脉搏传感器和触摸传感器，所述执行模块包括喇叭、灯效光源、振动马达和胸腔运动机构。

所述互动安抚机器人的工作模式如下：

模式a:摄像头、红外传感器或麦克风未采集到人体信号时，喇叭、灯效光源、振动马达及胸腔运动机构保持静默的待机状态。

模式b:摄像头、红外传感器或麦克风未采集到人体信号时，喇叭发出预先储存的正常呼吸声音，胸腔运动机构与所述呼吸声音协调动作，模仿人体呼吸时的胸腔起伏运动，同时灯效光源与所述呼吸声音协调变化，通过光效的亮度变化或颜色变化呈现呼吸过程。

当姿态传感器检测到载体被拿起后，进入模式c或模式d。

模式c:胸腔运动机构停止，呼吸声音切换为预先储存的正常心跳声，同时振动马达与所述心跳声同步动作，所述灯效光源也与所述心跳声同步点亮与熄灭变化。

在模式c下，当触摸传感器检测到有持续的人手触摸信号后，心跳频率逐渐舒缓，心跳声逐渐减小，振动马达的强度也逐渐减小，灯效光源的变化也逐渐减小。

在模式c下，当脉搏传感器检测到人体脉搏信号时，载体输出的心跳频率与脉搏传感器检测到人体脉搏频率相同。

模式d:胸腔运动机构停止，呼吸声音切换为预先储存的急促心跳声，当触摸传感器检测到有持续的人手触摸信号后，心跳频率逐渐舒缓，心跳声逐渐减小，振动马达的强度也逐渐减小，灯效光源的变化也逐渐减小。

本发明还包括一电动支架，所述电动支架包括底座和下端固定在所述底座上的电动支撑杆，所述电动支撑杆的上端安装有载物台，所述载物台设置有第一充电及数据交换端口，所述载体的底部设置有与所述第一充电及数据交换端口匹配的第二充电及数据交换端口。

进一步，所述控制器还连接有无线通讯模块。

作为本发明的进一步改进，所述胸腔运动机构包括左运动板、右运动板和电机，所述左运动板设置有位于左侧的第一孔位和位于右侧的连接轴，所述左运动板设置有条形斜孔；所述右运动板设置有位于左侧的第三孔位和位于右侧的第二孔位；所述载体内设置有第一凸轴和第二凸轴，所述第一孔位安装在所述第一凸轴上，所述第二孔位安装在所述第二凸轴上，所述连接轴插入所述第三孔位中，所述电机固定在所述载体内，所述电机的输出轴上安装有输出码盘，所述输出码盘上设置有伸入所述条形斜孔内的码盘拨杆，输出码盘转动时，所述码盘拨杆在所述条形斜孔内滑动带动所述左运动板和右运动板同步反向运动。

进一步，所述载体还设置有与所述控制器电连接的功能按键。

本发明的有益效果是：本发明以呼吸、心跳最基本的韵律运动为基础，并配以与呼吸、心跳声联动的灯效光源、胸腔运动机构及振动马达，引导用户完成正念运动，有助于用户缓解、释放压力，安抚心情。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的载体结构示意图；

图2是胸腔运动机构结构示意图。

图3是载体与电动支架组合体结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图3，一种互动安抚机器人，所述载体1，载体1可以为猫头鹰、小兔子、熊猫、人形等多种造型形态。载体1的主体为采用塑胶制作的支撑骨架，在支撑骨架上套有猫头鹰、小兔子或熊猫的皮毛，让造型看起来更逼真，更可爱，本实施例以猫头鹰造型为例说明，具有身体和头部，头部具有耳朵，头部、身体均由注塑成型的前壳和后壳组合而成，前壳和后壳采用具有一定弹性的塑胶材料。

所述载体内设置有控制器2，控制器主要包括MCU、时钟电路、复位电路、FLASH储存器、音频编码解码电路以及各种驱动电路，控制器的电路部分及本实施例的控制方法原理属于现有技术，本发明不做详细的描述。

所述载体1还设置有与所述控制器2电连接的采集模块和执行模块，所述采集模块包括摄像头3、红外传感器4、姿态传感器11、手势与环境光传感器20、麦克风5、脉搏传感器6和触摸传感器7。所述执行模块包括喇叭8、灯效光源9、振动马达10和胸腔运动机构12。

摄像头3安装在头部的前侧位置，为微型高清摄像头，用于采集人脸图样。红外传感器4安装在头部的前侧位置，用于采集人体红外信号，判断是否有人靠近。麦克风5安装在身体前部位置，用于采集用户语音信息，控制器也能对语音信息进行语音识别，并根据语音信息控制玩具或电动支架的工作状态。喇叭8安装在身体中部靠前位置，用于输出互动语音及模仿呼吸、心跳声音，该喇叭可以为振动喇叭，在发出心跳声音的同时伴随着振动效果，也可以为无振动喇叭，振动马达实现心跳的振动效果。灯效光源9安装在身体中部靠前位置，为RGB三基色LED光源，用于通过光效的变化烘托氛围。振动马达10安装在载体的身体下部靠前位置，为手机等常用的微型振动马达，用于模仿心跳时的振动。脉搏传感器6安装在载体的头部耳朵18上，用于采集人体脉搏信息。触摸传感器7安装在身体的背部，为触摸电极等，用于接收人手触摸信号。胸腔运动机构12安装在身体内的胸部位置，用于模仿呼吸时的胸腔起伏运动。姿态传感器11安装在身体的中部或上部，该姿态传感器为陀螺仪，用于检测载体的姿态。本发明采用可充电的内置电池19对以上电子器件供电。

所述手势与环境光传感器20安装在头部前侧位置，用于采集手势及环境光，根据采集到的环境光，可以控制灯效光源的灯光强度，如在白天光线较强时，灯效光源的光强是比较大的，在夜晚光线较暗时，灯效光源的光强减小以防止刺眼。采集用户手势是为了实现手势控制，如切换载体的工作模式或者控制电动支架的位置等。

本发明还包括一电动支架，所述电动支架包括底座14和下端固定在所述底座14上的电动支撑杆，所述电动支撑杆的上端安装有载物台15。支撑杆为三段式结构，下段支撑杆17的上端与中段支撑杆13的下端之间通过电动关节16连接，中段支撑杆13的上端与上段支撑杆35的下端也通过电动关节16连接，下段支撑杆17的下端与底座14固定连接，上段支撑杆35的上端与载物台也通过电动关节连接，该处的电动关节能够保持电动支架运动过程中，载物台15始终保持水平。所述载物台15设置有第一充电及数据交换端口，所述载体1的底部设置有与所述第一充电及数据交换端口匹配的第二充电及数据交换端口。充电及数据交换端口与第二充电及数据交换端口可以为导电针与导电片的组合，即在载体的底部设置若干同心圆环，在载物台设置若干导电针，并在载物台和载体的底部设置对应的对位铁磁，载体放在载物台上后，对位铁磁磁吸对位及固定，使第一充电及数据交换端口与第二充电及数据交换端口物理接触形成电连接，实现充电及传输数据，这里传输的数据是用来控制电动支架的运动状态的。

进一步，控制器还连接有无线通讯模块21，无线通讯模块21为蓝牙模块或WiFi模块，在手机上安装对应的控制软件或小程序，通过无线通讯模块与控制器通信，可以实现功能设定，如通过手机就可以设定产品的“性格”，如打扰较少的安静型，喜欢互动的活泼型等，在载体1头部的耳朵18上设置与所述控制器电连接的功能按键34，通过功能按键可以切换性格、进入睡眠模式等，在载体的底部设置使有总开关22，通过总开关22可以关闭或开启载体的功能。

作为本发明的进一步改进，所述胸腔运动机构12包括左运动板23、右运动板24和电机，左运动板23和右运动板24为倒立的直角三角形状，所述左运动板23设置有位于左侧的第一孔位25和位于右侧的连接轴26，所述左运动板23设置有条形斜孔27；所述右运动板24设置有位于左侧的第三孔位28和位于右侧的第二孔位29；所述载体1内设置有第一凸轴30和第二凸轴31，所述第一孔位25安装在所述第一凸轴30上，所述第二孔位29安装在所述第二凸轴31上，所述连接轴26插入所述第三孔位28中，所述电机固定在所述载体1内，所述电机的输出轴上安装有输出码盘32，所述输出码盘32上设置有伸入所述条形斜孔27内的码盘拨杆33，输出码盘32转动时，所述码盘拨杆33在所述条形斜孔27内滑动带动所述左运动板23和右运动板24同步反向运动，由于载体具有一定的弹性，左运动板23和右运动板24运动时推动载体内壁，使得载体发生一定的形变，载体的胸部会做模仿人体呼吸时的起伏运动，也可以在载体上与左运动板23和右运动板24对应的部位设置空位，使左运动板23和右运动板24展开后一部分伸出空位外，左运动板23和右运动板24顶起皮毛起伏运动模仿人体呼吸，或者在左运动板23和右运动板24伸出空位的部分安装一个起伏板，使在左运动板23和右运动板24运动时带动起伏板运动，左运动板23和右运动板24收缩后，起伏板紧贴载体外壁。

本发明互动安抚机器人的工作模式如下：

模式a:摄像头、红外传感器或麦克风未采集到人体信号时（可以三者之一采集到信号为有效信号，也可以其中两个或者三个同时采集到信号为有效信号），喇叭、灯效光源、振动马达及胸腔运动机构保持静默的待机状态。

模式b:摄像头、红外传感器或麦克风未采集到人体信号时，喇叭发出预先储存的正常呼吸声音（医学认为儿童呼吸频率在20-30次/分，成人呼吸频率在16-20次/分是正常的，本实施例采用的正常呼吸声音为18次/分，用户也可以在控制软件或小程序上自行设定），胸腔运动机构与所述呼吸声音协调动作，模仿人体呼吸时的胸腔起伏运动，同时灯效光源与所述呼吸声音协调变化，通过光效的亮度变化或颜色变化呈现呼吸过程，用户可以根据听到的呼吸声及看到的灯效光源及胸腔起伏运动对照进行呼吸训练。本模式中，振动马达是不工作的。灯效光源在吸气时组件变亮，在呼气时逐渐变暗，变亮的时长与吸气相同，变暗的时长也与呼气相同，也可以是颜色的变化，比如吸气时是绿色逐渐变亮，呼气时是蓝色逐渐变暗。胸腔运动机构在开始吸气时时逐渐张开，在呼气时逐渐收缩。呼吸声音、胸腔运动机构、灯效光源是同步的。

当姿态传感器检测到载体被拿起后，进入模式c或模式d，模式和模式d是二选一的，是用户通过功能按键34来切换的，用户在控制软件或小程序上自行设定默认模式。

模式c:胸腔运动机构停止，呼吸声音切换为预先储存的正常心跳声（该心跳声为模仿心跳的咚咚的声音，医学认为心跳频率在60-100次/分钟之间都是正常的，70-90次/分钟是比较健康的，本实施例预先储存的正常心跳声为75次/分钟，用户也可以在控制软件或小程序上自行设定），同时振动马达与所述心跳声同步动作（心跳时振动一次），所述灯效光源也与所述心跳声同步点亮与熄灭变化（心跳时点亮），用户可以根据听到同步的心跳声、看到的灯效光源变化及感知到的心跳振动做正念运动，使自身的心跳声逐渐与预先储存的心跳声趋于一致，使用户心跳平稳，进入正念模式,。

在模式c下，当触摸传感器检测到有持续的人手触摸信号后，心跳频率逐渐舒缓，心跳声逐渐减小，振动马达的强度也逐渐减小，灯效光源的变化也逐渐减小，最后心跳声停止、振动马达也停止，灯效光源熄灭。这里的持续的人手触摸信号可以理解为，在10秒内，连续检测到触摸信号后，认为是有效的触摸信号，随着触摸信号时间的延长，心跳频率逐渐舒缓，心跳声逐渐减小，振动马达的强度也逐渐减小，灯效光源的变化也逐渐减小直至停止，这个逐渐变化至停止的时间可以设定为5-15分钟，默认为15分钟，用户也可以在控制软件或小程序上自行设定。

在模式c下，当脉搏传感器检测到人体脉搏信号时，脉搏传感器采集用户的脉搏频率，载体输出的心跳频率（心跳声、振动及灯光变化同步）与脉搏传感器检测到人体脉搏频率相同，让用户能够静心视听到自身的心跳（脉搏频率与心跳频率是相同的）。

模式d:胸腔运动机构停止，呼吸声音切换为预先储存的急促心跳声（人的心跳频率最快可以到200次/分以上，在本实施例子中，设定急促心跳频率从160次/分开始逐渐减小），当触摸传感器检测到有持续的人手触摸信号后，心跳频率逐渐舒缓，心跳声逐渐减小，振动马达的强度也逐渐减小，灯效光源的变化也逐渐减小，这个逐渐变化至停止的时间可以设定为5-15分钟, 默认为15分钟，用户也可以在控制软件或小程序上自行设定。急促心跳声相当于人或小动物收到惊吓时的状态，通过人手的触摸，像人安抚一个受到惊吓的人或小动物，使心情逐渐趋于平缓，进入安抚模式。

本发明以呼吸、心跳最基本的韵律运动为基础，并配以与呼吸、心跳声联动的灯效光源、胸腔运动机构及振动马达，引导用户完成正念运动，有助于用户缓解、释放压力，安抚心情。

以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims (5)

1.一种互动安抚机器人，包括载体，所述载体内设置有控制器，其特征在于所述载体还设置有与所述控制器电连接的采集模块和执行模块；所述采集模块包括摄像头、红外传感器、姿态传感器、手势与环境光传感器、麦克风、脉搏传感器和触摸传感器；所述执行模块包括喇叭、灯效光源、振动马达和胸腔运动机构；

所述互动安抚机器人的模式如下：

模式a:摄像头、红外传感器或麦克风未采集到人体信号时，喇叭、灯效光源、振动马达及胸腔运动机构保持静默的待机状态；

模式b:摄像头、红外传感器或麦克风未采集到人体信号时，喇叭发出预先储存的正常呼吸声音，胸腔运动机构与所述呼吸声音协调动作，模仿人体呼吸时的胸腔起伏运动，同时灯效光源与所述呼吸声音协调变化，通过光效的亮度变化或颜色变化呈现呼吸过程；

当姿态传感器检测到载体被拿起后，进入模式c或模式d；

模式c:胸腔运动机构停止，呼吸声音切换为预先储存的正常心跳声，同时振动马达与所述心跳声同步动作，所述灯效光源也与所述心跳声同步点亮与熄灭变化；

在模式c下，当触摸传感器检测到有持续的人手触摸信号后，心跳频率逐渐舒缓，心跳声逐渐减小，振动马达的强度也逐渐减小，灯效光源的变化也逐渐减小；

在模式c下，当脉搏传感器检测到人体脉搏信号时，载体输出的心跳频率与脉搏传感器检测到人体脉搏频率相同；

模式d:胸腔运动机构停止，呼吸声音切换为预先储存的急促心跳声，当触摸传感器检测到有持续的人手触摸信号后，心跳频率逐渐舒缓，心跳声逐渐减小，振动马达的强度也逐渐减小，灯效光源的变化也逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的互动安抚机器人，其特征在于还包括一电动支架，所述电动支架包括底座和下端固定在所述底座上的电动支撑杆，所述电动支撑杆的上端安装有载物台，所述载物台设置有第一充电及数据交换端口，所述载体的底部设置有与所述第一充电及数据交换端口匹配的第二充电及数据交换端口。

3.根据权利要求1或2所述的互动安抚机器人，其特征在于控制器还连接有无线通讯模块。

4.根据权利要求1所述的互动安抚机器人，其特征在于所述胸腔运动机构包括左运动板、右运动板和电机，所述左运动板设置有位于左侧的第一孔位和位于右侧的连接轴，所述左运动板设置有条形斜孔；所述右运动板设置有位于左侧的第三孔位和位于右侧的第二孔位；所述载体内设置有第一凸轴和第二凸轴，所述第一孔位安装在所述第一凸轴上，所述第二孔位安装在所述第二凸轴上，所述连接轴插入所述第三孔位中，所述电机固定在所述载体内，所述电机的输出轴上安装有输出码盘，所述输出码盘上设置有伸入所述条形斜孔内的码盘拨杆，输出码盘转动时，所述码盘拨杆在所述条形斜孔内滑动带动所述左运动板和右运动板同步反向运动。

5.根据权利要求1所述的互动安抚机器人，其特征在于所述载体还设置有与所述控制器电连接的功能按键。

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