CN116512290A - 一种家庭监督机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家庭监督机器人，其包括机器人本体、基站和定位手环，机器人本体包括主控模块一、行走模块、环境采集模块、语音模块和摄像模块，基站包括主控模块二、地图生成模块、设备状态监测模块和交互模块，定位手环包括主控模块三、定位模块和感应模块。本发明通过机器人本体在开启监督模式下跟随定位手环佩戴者，监控周围电子设备的使用情况并在发现周围电子设备使用时间过长或者频繁使用时，通过语音模块播放内置提示语音进行提示语音，家长还能通过移动端远程实时查看家庭和青少年的状态，通过视频和语音方式与孩子进行交互，通过机器人本体代替家长监督青少年，避免其长时间使用电子设备。

Description

一种家庭监督机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种家庭监督机器人。

背景技术

电子设备的普及化，对于缺乏自制能力特殊群体，比如青少年，青年人等，容易沉迷于虚拟电子网络中，使用电子时长过长，导致晚睡晚起，视力受损，精神状态不好，导致学习成绩下滑或者工作效率低下；过多接触电子产品，严重的话，可能会患上孤独症，注意力不集中等病症，不利身心健康发展。所以需要父母的引导与管教，但现双职工家庭，无法随时随地陪伴在孩子左右。无法监督孩子。

市场上有家庭摄像头，可以解决部分监督问题。但家庭摄像头一直存在着一个难题，摄像头只能固定位置，拍摄特定位置，只能同坐加装摄像头，才能做到无死角。起不到监督青少年，提高青少年自觉性的作用。

目前已知产品，功能上仅为实现摄像功能，没有更多的更智能化的功能，造成用户体验单一，不够智能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种家庭监督机器人，使用智能家庭机器人，能够自由移动和远程控制其工作，智能监督青少年。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种家庭监督机器人，包括机器人本体、基站和定位手环，所述机器人本体包括主控模块一、行走模块、环境采集模块、语音模块和摄像模块，所述主控模块一通过无线信号分别与基站和定位手环传输数据，控制所述行走模块移动，所述环境采集模块实时采集机器人本体周围的障碍物距离和周围电子设备和定位手环的距离，所述语音模块用于播放内置提示语音、主控模块一接收到的实时语音和接收周围用户的实时语音，所述摄像模块采集实时画面通过主控模块一传输给基站；

所述基站包括主控模块二、地图生成模块、设备状态监测模块和交互模块，所述主控模块二与主控模块一进行数据传输，获取所述环境采集模块的数据并传输给地图生成模块，通过所述地图生成模块生成机器人的工作地图，划分多个区域并标记其所在位置，所述设备状态监测模块分别获取各电子设备和定位手环的工作状态、使用时长、距离并在工作地图上标记出来，所述交互模块分别与移动端和云端服务器传输数据并通过主控模块二传输给机器人本体；

所述定位手环包括主控模块三、定位模块和感应模块，所述主控模块三接收定位模块的定位信号和感应模块监测是否处于佩戴状态并分别发送给机器人本体和基站。

进一步地，所述主控模块一、主控模块二和主控模块三均设有用于传输数据信号的通讯模块，所述通讯模块传输的无线信号为WiFi信号、蓝牙信号和GPRS信号中的至少一种。

进一步地，所述环境采集模块包括路障距离探测器、陀螺仪和设备距离探测器，所述路障距离探测器用于探测机器人本体周围的路障距离及其轮廓线，所述陀螺仪用于识别机器人本体的朝向和定位，所述设备距离探测器分别与周围电子设备和定位手环发送定位信号用于获取对应设备的方位距离。

进一步地，所述行走模块包括方向选择单元、距离判断单元和驱动单元，所述方向选择单元用于根据地图生成模块生成的工作地图、划分的区域、当前陀螺仪的定位、周围的路障距离及其轮廓线生成移动路线，所述距离判断单元用于在机器人本体移动过程获取其移动距离、与电子设备和定位手环的距离，所述驱动单元用于根据方向选择单元的移动路线和主控模块一的移动指令驱动行走电机工作。

进一步地，所述行走模式还包括用于跟随定位手环并保持一定距离的跟踪单元，所述跟踪单元根据定位手环的位置、距离和方向选择单元生成的移动路线进行移动，并与所述定位手环的佩戴者保持0.5-1米的距离，在所述定位手环处于工作状态且发生移动时跟随移动。

进一步地，所述机器人本体还包括储物箱和收纳模块，所述储物箱设置在机器人本体上用于放置电子设备，所述收纳模块用于识别在监督模式开启后储物箱内是否放置了电子设备和数量，当识别到未放置或未放置有指定数量的电子设备时，通过所述主控模块一控制语音模块播放电子设备放置语音，通过所述跟踪单元跟随定位手环的佩戴者，所述摄像模块实时拍摄定位手环的佩戴者的图像并上传至基站，通过所述基站发送至移动端和云端服务器。

进一步地，所述机器人本体还包括一显示模块，所述显示模块用于播放视频界面，其内置有表情库根据用户的实时语音或内置提示语音的语调变化从表情库中选择脸部表情并展示。

进一步地，所述地图生成模块包括地图绘制单元、区域划分单元和位置标记单元，所述地图绘制单元用于根据环境采集单元采集到的路障坐标和轮廓线绘制生成一工作地图，所述区域划分单元用于在工作地图上划分区域并标记名称和类别，所述机器人本体根据划分区域和类别进行移动，限制其移动范围，所述位置标记单元根据获取的电子设备和定位手环的位置信息，生成坐标信息并将其标记在工作地图上。

进一步地，所述基站还包括用于给机器人本体的电池充电的充电模块，所述充电模块设有充电适配器并连接市电。

进一步地，所述感应模块包括用于监测佩戴者体温状态的体温传感器、用于监测佩戴者心跳状态的心跳传感器和用于震动提示佩戴者的震动单元。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

本发明基站作为数据传输处理中控端，获取前端的机器人本体的采集数据和输送给移动端的实时数据，机器人本体根据指令进行工作在指定区域内移动并拍摄实时画面、采集和播放语音，通过机器人本体在开启监督模式下跟随定位手环佩戴者，监控周围电子设备的使用情况并在发现周围电子设备使用时间过长或者频繁使用时，通过语音模块播放内置提示语音进行提示语音，家长还能通过移动端远程实时查看家庭和青少年的状态，通过视频和语音方式与孩子进行交互，通过机器人本体代替家长监督青少年，避免其长时间使用电子设备。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明三种工作任务的流程图。

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，以下结合附图及实施例，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。

实施例

参考图1至图2所示，本发明公开了一种家庭监督机器人，包括机器人本体、基站和定位手环，机器人本体包括主控模块一、行走模块、环境采集模块、语音模块和摄像模块，主控模块一通过无线信号分别与基站和定位手环传输数据，控制行走模块移动，环境采集模块实时采集机器人本体周围的障碍物距离和周围电子设备和定位手环的距离，语音模块用于播放内置提示语音、主控模块一接收到的实时语音和接收周围用户的实时语音，摄像模块采集实时画面通过主控模块一传输给基站。

机器人本体还可以设置有AI智能模块，AI智能模块用于与周围人员或定位手环佩戴者进行语音交互，AI智能模块通过语音模块采集语音指令后并进行分析处理，处理后的数据可以直接上传至基站，由基站分析语音指令，也可以通过主控模块一自主分析后获取语音指令的内容，随后通过基站获取相关数。

基站包括主控模块二、地图生成模块、设备状态监测模块和交互模块，主控模块二与主控模块一进行数据传输，获取环境采集模块的数据并传输给地图生成模块，通过地图生成模块生成机器人的工作地图，划分多个区域并标记其所在位置，设备状态监测模块分别获取各电子设备和定位手环的工作状态、使用时长、距离并在工作地图上标记出来，交互模块分别与移动端和云端服务器传输数据并通过主控模块二传输给机器人本体。

本实施例的电子设备包括但不限于手机、平板、智能语音箱、智能电视机、智能冰箱、台式电脑和一体式电脑，各电子设备优选为通过wifi信号或蓝牙信号配对传输数据，利用基站作为中控端传输并处理数据，获取各电子设备的工作情况，是否处于静态状态，还是处于有人使用状态、使用时长等数据。

定位手环包括主控模块三、定位模块和感应模块，主控模块三接收定位模块的定位信号和感应模块监测是否处于佩戴状态并分别发送给机器人本体和基站。

主控模块一、主控模块二和主控模块三均设有用于传输数据信号的通讯模块，对应的设置有用于发送信号的信号发射模组和接收信号的信号接收模组，通讯模块传输的无线信号为WiFi信号、蓝牙信号和GPRS信号中的至少一种，除以上无线通讯方式，还可以是红外线、zigbee、CDMA、GSM、2.4G、433M、NB-IOT或LoRa等无线通讯方式，本实施例不作限定。

环境采集模块包括路障距离探测器、陀螺仪和设备距离探测器，路障距离探测器用于探测机器人本体周围的路障距离及其轮廓线，陀螺仪用于识别机器人本体的朝向和定位，设备距离探测器分别与周围电子设备和定位手环发送定位信号用于获取对应设备的方位距离。

行走模块包括方向选择单元、距离判断单元和驱动单元，方向选择单元用于根据地图生成模块生成的工作地图、划分的区域、当前陀螺仪的定位、周围的路障距离及其轮廓线生成移动路线，距离判断单元用于在机器人本体移动过程获取其移动距离、与电子设备和定位手环的距离，驱动单元用于根据方向选择单元的移动路线和主控模块一的移动指令驱动行走电机工作。

驱动单元还包括设置在机器人本体底部用于移动的万向轮和制动器，通过驱动电机驱动万向轮移动，驱动电机通过齿轮或直接驱动万向轮转动，万向轮通过安装座安装在机器人本体底部，实现机器人本体移动，安装和驱动结构均为现有技术，本实施例不再赘述。

行走模式还包括用于跟随定位手环并保持一定距离的跟踪单元，跟踪单元根据定位手环的位置、距离和方向选择单元生成的移动路线进行移动，并与定位手环的佩戴者保持0.5-1米的距离，根据移动路线自动避开路障等障碍物，在定位手环处于工作状态且发生移动时跟随移动。

摄像模块优选为设置有旋转底座，旋转底座为现有技术设置有驱动电机，由主控模块一控制，旋转底座用于主控模块一控制其摄像头进行转向，调整镜头朝向，满足拍摄需求，便于家长远程查看家庭内的情况。

主控模块一还可以连接摄像头捕捉镜头内的人像或正在移动的活物，由主控模块一内置的视觉捕捉模型判断并捕捉，还可以进行控制旋转底座发生转动跟随，其中视觉捕捉模型为设计人员在生产过程中录制进入，为现有技术，本实施例不作赘述。

机器人本体还包括储物箱、收纳模块、显示模块和可充电蓄电池，储物箱设置在机器人本体上用于放置电子设备，为一收纳盒体结构或抽屉结构，收纳模块用于识别在监督模式开启后储物箱内是否放置了电子设备和数量，可以是压力感应、高度检测或蓝牙配对方式中的至少一种用于检测是否放置了电子设备，检测器件包括但不限于压力传感器、红外线传感器和蓝牙模组，由家长预设数据，根据家里的手机、智能手表、平板的数量，设定阈值数据，可以进行更新调整。

记录方式为家长先开启内置的各传感器进行数据采集，将需要管控的电子设备放入储物箱内，记录重量、高度、蓝牙是否处于配对、检测设备的距离和数量，设置偏差阈值和关键选项，关键选项即满足重量在阈值范围内、各电子设备堆叠的高度或全部配对且距离均在5-30cm之间，满足一项或多项，即可判断电子设备均放入储物箱内，由家长自主选择。

由家长远程控制基站向机器人本体开启监督模式，在监督模式下，当识别到未放置或未放置有指定数量的电子设备时，通过主控模块一控制语音模块播放电子设备放置语音，如：检测到未放入指定物品，请将指定物品放入储物箱内，通过跟踪单元跟随定位手环的佩戴者，摄像模块实时拍摄定位手环的佩戴者的图像并上传至基站，通过基站发送至移动端和云端服务器，家长可以通过移动端远程查看青少年的当前情况。

监督模式下的机器人本体还可以设置有计时模块，通过计时模块计算时间，科学监督青少年的学习和休息时间，避免过度劳累，也避免过度放松，如当青少年在指定区域(学习桌等区域)或未使用电子设备持续45分钟，可以让青少年短暂离开指定区域、使用电子设备10-15分钟或起身活动但不允许使用电子设备，直至监督模式结束，具体参数由家长在工作选项中选定，通过基站控制机器人本体。

在监督模式的学习模式下，储物箱可以进行锁定，锁定则通过智能锁进行锁定，锁定和解锁情况可以设定。

当电子设备如平板或手机接收到来电信息，此时则自动解锁储物箱，方便被监督对象能够及时接到电话，在通话结束后，机器人本体会第一时间通知将取出的设备放回储物箱并锁定，如持续未放入则通过语音模块进行提示语音播报，在指定播报次数内未放入则将情况反馈给基站，由基站反馈给移动端，家长可以远程控制基站对电子设备进行锁定，由基站发送儿童锁、防沉迷密码锁指令至对应的电子设备，机器人本体获取来电信息则通过震动感应或蓝牙获取来电信息，由主控模块一获取并处理识别。

本实施例优选为需要被监督的青少年佩戴定位手环，在另一种实施例下被监督的青少年无选配定位手环时或无需跟踪定位手环时，可以在工作地图上划定或选择一区域作为机器人本体监督区域，机器人本体则进入该区域并通过摄像模块拍摄该区域的图像或视频，主控模块一在监督模式下则控制其处于该区域内，即便被抬或推出该区域，自主返回该区域，如遇障碍物，则自动绕路。

显示模块用于播放视频界面，其内置有表情库根据用户的实时语音或内置提示语音的语调变化从表情库中选择脸部表情并展示，显示模块优选为可触控显示屏；蓄电池用于机器人本体的各模块提供电能支持。

被监督的青少年在需要临时主动使用电子设备时，则可以通过在显示模式上或AI语音智能模块交互，短暂暂停监督模式，主控模块一暂停机器人的监督模式并倒计时暂停时间，如5、10或15min，也可以结束监督模式，在结束监督模式或频繁地进行暂停，则机器人本体会将数据发送给基站，由基站发送信息或通知至家长的移动端，方便家长了解情况，如果是监督模式的学习时间正常结束，同样需要发送通知。

家长要联系被监督的青少年，无需打电话，可以直接通过网络视频通讯与基站联系，基站将数据发生给机器人本体，由机器人本体的显示模块播放视频和语音模块播放语音，摄像模块拍摄当前实时画面，语音模块采集对方的语音，实现通讯。

地图生成模块包括地图绘制单元、区域划分单元和位置标记单元，地图绘制单元用于根据环境采集单元采集到的路障坐标和轮廓线绘制生成一工作地图，区域划分单元用于在工作地图上划分区域并标记名称和类别，机器人本体根据划分区域和类别进行移动，限制其移动范围，位置标记单元根据获取的电子设备和定位手环的位置信息，生成坐标信息并将其标记在工作地图上。

基站还包括用于给机器人本体的电池充电的充电模块，充电模块设有充电适配器并连接市电。

感应模块包括用于监测佩戴者体温状态的体温传感器、用于监测佩戴者心跳状态的心跳传感器和用于震动提示佩戴者的震动单元。

通过感应模块采集佩戴者的身体数据，能够判断当前定位手环是否有处于佩戴状态，能检测到人体数据则代表定位手环处于佩戴状态，否则未佩戴，也可以实时采集佩戴者的身体数据。

本实施例可以通过显示模块或AI智能模块与机器人本体进行人机交互，基站接收机器人本体反馈的信息并根据信息进行处理，再反馈给机器人本体，同时将操作日志记录下来并上传至云端服务器和移动端。

本实施例通过上述各个模块，实现了AI智能化的家庭监督机器人，使用流程如下：

机器人未上电之前处于关机状态，上电开机，会去初始化设备和软件，上电初始化结束之后，判断是否已经配置好信息，比如机器人名称、联网信息、绑定信息等信息，首次启动或恢复出厂设置后，会指导使用者去配置好信息和数据，如已配置好信息，则配置完成之后，会自动进入主界面(机器人本体的显示模块显示笑脸界面)，并且语音播报，机器人名称+准备完毕，通知使用人员，机器人本体已正常运行，可操作选择工作内容，未操作则保持待机或睡眠状态，等待在显示模块上的操作界面进行操作、移动端远程操作或AI智能模块交互唤醒控制。

本实施例的基站与机器人本体的工作任务包括有3种，分别为视频、防沉迷功能和AI智能语音对讲，其中：

视频具体包括实时视频和呼叫绑定手机，实时视频为家长通过移动端联系基站，通过基站向机器人本体和未放入储物箱的绑定手机发起实时视频，控制机器人本体的显示模块、语音模块和摄像模块进行交互，远程操作摄像头、上下左右转动，还可以控制其行走，实现语音对讲，结束后待机运行。

防沉迷功能下的监督模式，解锁并开启储物箱，被监督的青少年将电子设备放入，识别已放入全部的电子设备，随后关闭储物箱并锁定，随后确认开始监督模式，开始计时，直至监督模式的时间结束，期间无法直接开启储物箱，在申请后会发生开启信息至基站，由基站将开启通知发生至移动端；监督模式结束后，语音播报防沉迷的监督模式结束并开启储物箱，结束后待机运行。

本实施例的监督模式要中断或结束，可以通过移动端进行操作，也可以通过显示模式输入中止密码或指纹识别进行中止，避免被监督的青少年自主操作中止，指纹识别则对应设置有指纹识别器，指纹识别器连接主控模块一。

AI智能语音对讲即可以通过AI智能语音对讲发生控制指令给基站，由基站识别并处理指令，根据指令反馈信息或针对制定的智能设备，如智能电视、智能音箱或智能灯具等智能设备进行控制。

机器人本体处于待机状态由两种方式唤醒控制，一种是AI语音唤醒对话，呼喊机器人本体名称或唤醒口令，机器人本体获取唤醒指令后会自动进入对话，另一种是远程移动端发生控制指令进行机器人的控制。

通过监督机器人，可以让不在家的家人可以实时掌握家里状况，并且可以监督家人使用电子产品过度的情况，从物体上，把电子设备放入储物箱内关起来，能够强有力的避免电子设备或者其他产品使用过度的情况，同时还能与机器人互动娱乐，提升生活质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种家庭监督机器人，其特征在于：包括机器人本体、基站和定位手环，所述机器人本体包括主控模块一、行走模块、环境采集模块、语音模块和摄像模块，所述主控模块一通过无线信号分别与基站和定位手环传输数据，控制所述行走模块移动，所述环境采集模块实时采集机器人本体周围的障碍物距离和周围电子设备和定位手环的距离，所述语音模块用于播放内置提示语音、主控模块一接收到的实时语音和接收周围用户的实时语音，所述摄像模块采集实时画面通过主控模块一传输给基站；

所述基站包括主控模块二、地图生成模块、设备状态监测模块和交互模块，所述主控模块二与主控模块一进行数据传输，获取所述环境采集模块的数据并传输给地图生成模块，通过所述地图生成模块生成机器人的工作地图，划分多个区域并标记其所在位置，所述设备状态监测模块分别获取各电子设备和定位手环的工作状态、使用时长、距离并在工作地图上标记出来，所述交互模块分别与移动端和云端服务器传输数据并通过主控模块二传输给机器人本体；

所述定位手环包括主控模块三、定位模块和感应模块，所述主控模块三接收定位模块的定位信号和感应模块监测是否处于佩戴状态并分别发送给机器人本体和基站。

2.如权利要求1所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述主控模块一、主控模块二和主控模块三均设有用于传输数据信号的通讯模块，所述通讯模块传输的无线信号为WiFi信号、蓝牙信号和GPRS信号中的至少一种。

3.如权利要求1所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述环境采集模块包括路障距离探测器、陀螺仪和设备距离探测器，所述路障距离探测器用于探测机器人本体周围的路障距离及其轮廓线，所述陀螺仪用于识别机器人本体的朝向和定位，所述设备距离探测器分别与周围电子设备和定位手环发送定位信号用于获取对应设备的方位距离。

4.如权利要求3所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述行走模块包括方向选择单元、距离判断单元和驱动单元，所述方向选择单元用于根据地图生成模块生成的工作地图、划分的区域、当前陀螺仪的定位、周围的路障距离及其轮廓线生成移动路线，所述距离判断单元用于在机器人本体移动过程获取其移动距离、与电子设备和定位手环的距离，所述驱动单元用于根据方向选择单元的移动路线和主控模块一的移动指令驱动行走电机工作。

5.如权利要求4所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述行走模式还包括用于跟随定位手环并保持一定距离的跟踪单元，所述跟踪单元根据定位手环的位置、距离和方向选择单元生成的移动路线进行移动，并与所述定位手环的佩戴者保持0.5-1米的距离，在所述定位手环处于工作状态且发生移动时跟随移动。

6.如权利要求5所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述机器人本体还包括储物箱和收纳模块，所述储物箱设置在机器人本体上用于放置电子设备，所述收纳模块用于识别在监督模式开启后储物箱内是否放置了电子设备和数量，当识别到未放置或未放置有指定数量的电子设备时，通过所述主控模块一控制语音模块播放电子设备放置语音，通过所述跟踪单元跟随定位手环的佩戴者，所述摄像模块实时拍摄定位手环的佩戴者的图像并上传至基站，通过所述基站发送至移动端和云端服务器。

7.如权利要求6所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述机器人本体还包括一显示模块，所述显示模块用于播放视频界面，其内置有表情库根据用户的实时语音或内置提示语音的语调变化从表情库中选择脸部表情并展示。

8.如权利要求1所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述地图生成模块包括地图绘制单元、区域划分单元和位置标记单元，所述地图绘制单元用于根据环境采集单元采集到的路障坐标和轮廓线绘制生成一工作地图，所述区域划分单元用于在工作地图上划分区域并标记名称和类别，所述机器人本体根据划分区域和类别进行移动，限制其移动范围，所述位置标记单元根据获取的电子设备和定位手环的位置信息，生成坐标信息并将其标记在工作地图上。

9.如权利要求1所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述基站还包括用于给机器人本体的电池充电的充电模块，所述充电模块设有充电适配器并连接市电。

10.如权利要求1所述的一种家庭监督机器人，其特征在于：所述感应模块包括用于监测佩戴者体温状态的体温传感器、用于监测佩戴者心跳状态的心跳传感器和用于震动提示佩戴者的震动单元。