TWI817194B

TWI817194B - 旋轉式智慧音箱及旋轉式家電產品控制器

Info

Publication number: TWI817194B
Application number: TW110133216A
Authority: TW
Inventors: 廖裕評; 黃丰楷; 夏英杰; 鄭翔
Original assignee: 中原大學
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2023-10-01
Also published as: TW202311913A

Abstract

一種旋轉式家電產品控制器，包含一聲音感測模組、一控制處理模組、一旋轉組件與一手勢感測模組。聲音感測模組與控制處理模組用以感測複數個聲波的發送方位，並控制旋轉組件旋轉，使手勢感測模組面向位於發送方位的一使用者。手勢感測模組與控制處理模組用以感測使用者的一手勢，並據以控制一家電產品。

Description

旋轉式智慧音箱及旋轉式家電產品控制器

本發明係有關於一種音箱及控制器，尤其是指一種旋轉式智慧音箱及旋轉式家電產品控制器。

在廣泛的物聯網應用當中，應用最多的就是智慧家庭。在智慧家庭中，有眾多熱門產品，例如：智慧音箱、智慧電視、智慧冰箱等，其中，又屬智慧音箱為最熱門的產品。以先前技術中的智慧音箱舉例說明，使用者可以利用語音控制音樂的暫停、播放、音量大小、切換曲目等，部分智慧音箱甚至可以跟使用者問答、聊天等。

然而，利用語音控制智慧音箱對於瘖啞人士來說並不友善。而且，使用者不一定會處在一個方便說話的情形，例如：使用者可能正在講電話。再者，在疫情存在的這個世代裡，越來越多人採用居家辦公，家裡可能也是使用者或是同住家人的辦公空間，使用者更有可能處在不方便說話的情形，例如：自己或是同住家人正在進行線上會議、線上課程等。因此，先前技術中的智慧音箱存在改善的空間。

有鑒於在先前技術中，利用語音控制存在對瘖啞人士不友善、使用者可能處於正在講電話、進行線上會議、進行線上課程等不適合說話的情形以至於無法進行控制等問題及其衍生出的種種問題。本發明之一主要目的係提供一種旋轉式家電產品控制器與一種旋轉式智慧音箱，用以解決先前技術中的至少一個問題。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種旋轉式家電產品控制器，係用以控制一家電產品，包含一聲音感測模組、一控制處理模組、一旋轉組件與一手勢感測模組。聲音感測模組用以在一設定時間與一感測角度範圍內感測到一使用者所產生之複數個聲波時，產生複數個聲源信號。控制處理模組電性連接聲音感測模組，用以在接收到聲源信號時，分析出聲波之一發送方位，據以產生一旋轉控制信號。旋轉組件電性連接控制處理模組，並接收旋轉控制信號。手勢感測模組電性連接控制處理模組，並設置於旋轉組件。其中，當旋轉組件依據旋轉控制信號驅動手勢感測模組旋轉至發送方位而面向使用者時，手勢感測模組感測使用者之一手勢，據以產生對應手勢之一感測信號，且控制處理模組係依據感測信號產生一家電控制信號，藉以控制家電產品。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使旋轉式家電產品控制器中之控制處理模組，係包含一接收單元、一控制單元與一控制單元。接收單元用以接收聲源信號與感測信號。控制單元用以產生旋轉控制信號與家電控制信號。傳送單元用以接收並傳送出旋轉控制信號與家電控制信號。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使旋轉式家電產品控制器中之控制處理模組，係包含一方位處理單元與一重置單元。方位處理單元用以接收到聲源信號中之第一者時，建立出感測角度範圍，且確認聲源信號中之後續者位於感測角度範圍內時，分析出發送方位。重置單元電性連接方位處理單元，用以在方位處理單元接收到聲源信號中之第一者時，計算設定時間，並在計算完設定時間且方位處理單元並未接收到聲源信號中之後續者時，歸零設定時間，且使方位處理單元消除聲源信號中之第一者與感測角度範圍。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使旋轉式家電產品控制器中之控制處理模組，係包含一手勢處理單元與一儲存單元。手勢處理單元感測使用者之手勢，並比對手勢與複數個對應複數個控制指令之內建手勢資訊，用以在比對符合時，確認手勢所對應之內建手勢資訊及手勢所對應之控制指令。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使旋轉式家電產品控制器中之內建手勢資訊，至少包含一第一手勢資訊與一第二手勢資訊，其中，該第一手勢資訊係指上下移動，該第二手勢資訊係指左右移動。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為另外提供一種旋轉式智慧音箱，係包含一聲音感測模組、一控制處理模組、一旋轉組件、一手勢感測模組與一播放模組。聲音感測模組用以在一設定時間與一感測角度範圍內感測到一使用者所產生之複數個聲波時，產生複數個聲源信號。控制處理模組電性連接聲音感測模組，用以在接收到聲源信號時，分析出聲波之一發送方位，據以產生一旋轉控制信號。旋轉組件電性連接控制處理模組，並接收旋轉控制信號。手勢感測模組電性連接控制處理模組，並設置於旋轉組件。其中，當旋轉組件依據旋轉控制信號驅動手勢感測模組旋轉至發送方位而面向使用者時，手勢感測模組感測使用者之一手勢，據以產生對應手勢之一感測信號，且控制處理模組係依據感測信號產生一控制信號，藉以控制播放模組。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使旋轉式智慧音箱中之控制處理模組，係包含一方位處理單元與一重置單元。方位處理單元用以接收到聲源信號中之第一者時，建立出感測角度範圍，且確認聲源信號中之後續者位於感測角度範圍內時，分析出發送方位。重置單元電性連接方位處理單元，用以在方位處理單元接收到聲源信號中之第一者時，計算設定時間，並在計算完設定時間且方位處理單元並未接收到聲源信號中之後續者時，歸零設定時間，且使方位處理單元消除聲源信號中之第一者與感測角度範圍。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使旋轉式智慧音箱中之控制處理模組，係包含一手勢處理單元與一儲存單元。手勢處理單元感測使用者之手勢，並比對手勢與複數個對應複數個控制指令之內建手勢資訊，用以在比對符合時，確認手勢所對應之內建手勢資訊及手勢所對應之控制指令。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使旋轉式智慧音箱中之內建手勢資訊，至少包含一第一手勢資訊與一第二手勢資訊，其中，該第一手勢資訊係指上下移動，該第二手勢資訊係指左右移動。

承上所述，本發明所提供之旋轉式智慧音箱與旋轉式家電產品控制器，利用聲音感測模組、手勢感測模組、控制處理模組與旋轉組件感測手勢進行控制，取代先前技術的語音控制。因此，本發明可以供使用者利用手勢即可達到控制家電產品的功效，對於瘖啞人士非常友善，也可以讓使用者在不適合說話的情形下，也可以控制家電產品。此外，手勢感測模組感測三軸速度與加速度，也可以避免利用影像感測所衍生出的隱私權及個資問題。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱第一圖與第九圖，其中，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式智慧音箱之立體圖；以及，第九圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式智慧音箱之方塊圖。如圖所示，一種旋轉式智慧音箱1包含一聲音感測模組11、一控制處理模組12、一旋轉組件13、一手勢感測模組14與一播放模組15。在本實施例中，旋轉式智慧音箱1更包含一外殼16。

聲音感測模組11、手勢感測模組14與播放模組15會對應外殼16而設置。旋轉組件13包含一旋轉台131、一底座132與一驅動模組133。旋轉台131樞設於底座132，並且承載聲音感測模組11、手勢感測模組14與外殼16。

控制處理模組12電性連接聲音感測模組11、手勢感測模組14、旋轉組件13與播放模組15，並包含一接收單元121、一傳送單元122、一方位處理單元123、一重置單元124、一控制單元125、一手勢處理單元126與一儲存單元127。

接著，請一併參閱第一圖至第三圖與第九圖，其中，第二圖係顯示使用者拍手之示意圖；以及，第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式智慧音箱旋轉面對使用者之示意圖。如圖所示，一使用者U與旋轉式智慧音箱1位於一使用環境E中，其中，使用環境E原則上以家裡為主，但不以此為限。

旋轉式智慧音箱1並未面對使用者U，如第二圖所示。更詳細的來說，旋轉式智慧音箱1的手勢感測模組14與播放模組15並未面對使用者U。

當使用者U想要控制旋轉式智慧音箱1時，會先持續拍手並產生持續的拍手聲。以物理學的角度來講，使用者U的雙手會產生複數個聲波，圖式繪製並標示出使用者的左手HL與右手HR示意。

聲音感測模組11用以在一設定時間與一感測角度範圍內感測到使用者U所產生的聲波時，對應的產生複數個聲源信號。也就是說，如果使用者U產生三個聲波，聲音感測模組11就會對應的產生三個聲源信號。在本實施例中，聲音感測模組11是一產品型號為ReSpeaker 4-Mic Array的四通道麥克風，因此，聲源信號中會包含聲音來源的角度位置或是方位，但不以此為限。聲音感測模組11也可以是其他可以用來感測聲音的模組。

控制處理模組12會接收聲源信號並進行處理。在本實施例中，接收單元121會接收聲源信號並傳送至方位處理單元123。在方位處理單元123接收到第一個聲源信號時，會以聲源信號建立感測角度範圍，並進一步確認後續的聲源信號是否位於感測角度範圍內，以進一步分析上述聲波的一發送方位，也就是使用者U所在的位置。

舉例說明，第一個聲源信號的聲音來源為45度，方位處理單元123會以45度為中心建立出35度至55度的感測角度範圍，並進一步確認後續的聲源信號是否位於上述感測角度範圍內，通常至少要確認第二個聲源信號與第三個聲源信號。在以上可基本實施本發明的基礎下，較佳者，為了避免重複偵測到第一個聲源信號，方位處理單元123會進一步建立出35度至40度以及50度至55度的感測角度子範圍，第二個聲源信號與第三個聲源信號需分別位於上述兩個感測角度子範圍內，方位處理單元123才會分析出聲波的發送方位，也就是45度。

也就是說，使用者U拍手時的手部位置需要分別位於三個不同的角度，方位處理單元123才會確認三個聲源信號是使用者U拍手時所產生。因為大部分人類的習慣，若要在三個不同位置拍手三次，第一次的拍手一定是在手部不太需要移動的位置，也就是胸前，其次才會移動手部至左側與右側拍手，因此，方位處理單元123便會將第一次拍手所產生的第一個聲源信號的角度視為使用者U的位置。

重置單元124電性連接方位處理單元123，用以在方位處理單元123接收到第一個聲源信號時，計算設定時間。實務上，設定時間可為5秒、10秒部等。當重置單元124計算完設定時間，而方位處理單元123並未接收到後續的聲源信號時，重置單元124會歸零設定時間，且方位處理單元123也會消除第一個聲源信號與以及感測角度範圍，表示剛剛偵測到的聲源信號不是使用者U產生的拍手聲，可能是其他環境聲。因此，重置單元124可以有效避免方位處理單元123將環境聲誤判為拍手聲。

在方位處理單元123需判斷感測角度範圍內的多個聲源信號甚至多個聲源信號需要處於特定的感測角度子範圍，以及重置單元124計算設定時間的情況下，可以避免將其他環境聲誤判為拍手聲，例如：車輛喇叭聲、電鈴聲等，也可以進一步避免將相同位置而以固定頻率發出的聲音誤判為拍手聲，例如：施工聲、垃圾車廣播聲、手機鈴聲等。

控制單元125電性連接方位處理單元123，用以依據發送方位產生一旋轉控制信號，並利用傳送單元122傳送出。旋轉組件13的驅動模組133接收到上述旋轉控制信號時，便會驅動旋轉台131沿一旋轉方向DR旋轉，使得旋轉式智慧音箱1面對使用者U，如第三圖所示。

接著，請一併參閱第一圖與第四圖至第九圖，其中，第四圖至第八圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式智慧音箱感測使用者手勢之示意圖。如圖所示，手勢感測模組14用以感測使用者U的一手勢，控制處理模組12則會依據手勢產生對應的播放控制信號。

在本實施例中，手勢感測模組14係一毫米波雷達，用以偵測使用者U的左手HL的三軸速度與三軸加速度，但不以此為限。儲存單元127用以儲存複數個內建手勢資訊與複數個控制指令，其中，每個內建手勢資訊會對應一個控制指令。手勢處理單元126會比對手勢與內建手勢資訊，用以在比對符合時，確認手勢所對應的內建手勢資訊及手勢所對應的控制指令。

舉例說明，當手勢感測模組14感測到左手HL為沿一第一方向D1的前後移動時，會據以產生一感測信號。手勢處理單元126則會比對感測信號與內建手勢資訊，並比對出感測信號的手勢所對應到的內建手勢資訊，以及手勢所對應的控制指令C1。在本實施例中，前後移動的手勢所對應的控制指令C1為「開啟/關閉」，如第四圖所示。需說明的是，在第一次感測到手勢時為開啟，在第二次感測到手勢時為關閉。

當手勢感測模組14感測到左手HL為沿一第二方向D2的上下移動時，會據以產生一感測信號。手勢處理單元126則會比對感測信號與內建手勢資訊。在本實施例中，上下移動的手勢所對應的控制指令C2為「暫停播放/繼續播放」，如第五圖所示。需說明的是，在第一次感測到手勢時為暫停播放，在第二次感測到手勢時為繼續播放。

當手勢感測模組14感測到左手HL為沿一第三方向D3的順時鐘旋轉時，會據以產生一感測信號。手勢處理單元126則會比對感測信號與內建手勢資訊。在本實施例中，順時鐘旋轉的手勢所對應的控制指令C3為「音量調大」，如第六圖所示。以此類推，當左手HL為逆時鐘旋轉時，對應到的控制指令則為「音量調小」。

當手勢感測模組14感測到左手HL為沿一第四方向D4的左右移動時，會據以產生一感測信號。手勢處理單元126則會比對感測信號與內建手勢資訊。在本實施例中，左右移動的手勢所對應的控制指令C4為「播放下一首」，如第七圖所示。

當手勢感測模組14感測到左手HL為沿一第五方向D5的L型移動時，會據以產生一感測信號。手勢處理單元126則會比對感測信號與內建手勢資訊。在本實施例中，順時鐘旋轉的手勢所對應的控制指令C5為「播放上一首」，如第八圖所示。需說明的是，第五方向D5就是由第二方向D2與第四方向D4所組成。左手HL繪製拳眼朝上的拳頭示意，但不以此為限，左手HL也可以是拳眼朝前的拳頭、拳眼朝後的拳頭或是攤平的手掌。

因此，使用者U便可以利用手勢控制旋轉式智慧音箱1，取代先前技術利用語音控制所存在的種種問題。再者，在其他領域中存在辨識手勢的技術，但是大部分是利用擷取手勢的影像，然而，利用影像就存再者使用者隱私與個資的問題。而本發明的手勢感測模組14採用毫米波雷達感測手的三軸速度與加速度，也可以避免上述利用影像所衍生出的隱私權與個資的問題。

最後，請參閱第十圖，第十圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式家電產品控制器之方塊圖。如圖所示，一種旋轉式家電產品控制器2包含一聲音感測模組21、一控制處理模組22、一旋轉組件23與一手勢感測模組24。

控制處理模組22電性連接聲音感測模組21、手勢感測模組24與旋轉組件23，並包含一接收單元221、一傳送單元222、一方位處理單元223、一重置單元224、一控制單元225、一手勢處理單元226與一儲存單元227。需說明的是，接收單元221、傳送單元222、方位處理單元223、重置單元224、控制單元225、手勢處理單元226、儲存單元227以及驅動模組233與第九圖中的接收單元121、傳送單元122、方位處理單元123、重置單元124、控制單元125、手勢處理單元126、儲存單元127以及驅動模組133的運作原理皆相同，故不多加贅述。

主要差異在於，第九圖中的控制指令限定於控制播放模組15，而旋轉式家電產品控制器2的控制指令則是用來控制至少一家電產品，圖式繪製一音箱3、一電視4、一風扇5、一冷氣6示意。

也就是說，儲存單元227會儲存更多的內建手勢資訊與控制指令，而在此的控制指令除了行為本身外，還包含要控制的對象，例如：控制指令為控制冷氣的風向轉動，其中，指令行為是「風向轉動」，控制對象為「冷氣」。

因此，本發明較佳實施例所提供之旋轉式家電產品控制器2，還可以供使用者U（標示於第二圖）進一步利用手勢控制其他家電產品，以進一步提升智慧家庭的便利性。

綜上所述，本發明所提供之旋轉式智慧音箱與旋轉式家電產品控制器，利用聲音感測模組、手勢感測模組、控制處理模組與旋轉組件感測手勢進行控制，取代先前技術的語音控制。因此，本發明可以供使用者利用手勢即可達到控制家電產品的功效，對於瘖啞人士非常友善，也可以讓使用者在不適合說話的情形下，也可以控制家電產品。此外，手勢感測模組感測三軸速度與加速度，也可以避免利用影像感測所衍生出的隱私權及個資問題。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1:旋轉式智慧音箱 11,21:聲音感測模組 12,22:控制處理模組 121,221:接收單元 122,222:傳送單元 123,223:方位處理單元 124,224:重置單元 125,225:控制單元 126,226:手勢處理單元 127,227:儲存單元 13,23:旋轉組件 131:旋轉台 132:底座 133,233:驅動模組 14,24:手勢感測模組 15:播放模組 16:外殼 2:旋轉式家電產品控制器 3:音箱 4:電視 5:風扇 6:冷氣 C1,C2,C3,C4,C5:控制指令 DR:旋轉方向 D1:第一方向 D2:第二方向 D3:第三方向 D4:第四方向 D5:第五方向 E:使用環境 HL:左手 HR:右手 U:使用者

第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式智慧音箱之立體圖；第二圖係顯示使用者拍手之示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式智慧音箱旋轉面對使用者之示意圖；第四圖至第八圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式智慧音箱感測使用者手勢之示意圖；第九圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式智慧音箱之方塊圖；以及第十圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式家電產品控制器之方塊圖。

1:旋轉式智慧音箱

11:聲音感測模組

12:控制處理模組

121:接收單元

122:傳送單元

123:方位處理單元

124:重置單元

125:控制單元

126:手勢處理單元

127:儲存單元

13:旋轉組件

133:驅動模組

14:手勢感測模組

15:播放模組

Claims

一種旋轉式家電產品控制器，係用以控制一家電產品，包含：一聲音感測模組，係用以在一設定時間與一感測角度範圍內感測到一使用者所產生之複數個聲波時，產生複數個聲源信號；一控制處理模組，係電性連接該聲音感測模組，用以在接收到該些聲源信號時，分析出該些聲波之一發送方位，據以產生一旋轉控制信號，並包含：一方位處理單元，係用以接收到該些聲源信號中之第一者時，建立出該感測角度範圍，且確認該些聲源信號中之後續者係位於該感測角度範圍內時，分析出該發送方位；以及一重置單元，係電性連接該方位處理單元，用以在該方位處理單元接收到該些聲源信號中之第一者時，計算該設定時間，並在計算完該設定時間且該方位處理單元並未接收到該些聲源信號中之後續者時，歸零該設定時間，且使該方位處理單元消除該些聲源信號中之第一者與該感測角度範圍；一旋轉組件，係電性連接該控制處理模組，並接收該旋轉控制信號；以及一手勢感測模組，係電性連接該控制處理模組，並設置於該旋轉組件；其中，當該旋轉組件依據該旋轉控制信號驅動該手勢感測模組旋轉至該發送方位而面向該使用者時，該手勢感測模組係感測該使用者之一手勢，據以產生對應該手勢之一感測信號，且該控制處理模組係依據該感測信號產生一家電控制信號，藉以控制該家電產品。
如請求項1所述之旋轉式家電產品控制器，其中，該控制處理模組係包含：一接收單元，係用以接收該些聲源信號與該感測信號；一控制單元，係用以產生該旋轉控制信號與該家電控制信號；以及一傳送單元，係用以接收並傳送出該旋轉控制信號與該家電控制信號。
如請求項1所述之旋轉式家電產品控制器，其中，該控制處理模組係包含：一手勢處理單元，係感測該使用者之該手勢，並比對該手勢與複數個對應複數個控制指令之內建手勢資訊，用以在比對符合時，確認該手勢所對應之內建手勢資訊及該手勢所對應之控制指令；以及一儲存單元，係用以儲存該些內建手勢資訊與該些控制指令。
如請求項1所述之旋轉式家電產品控制器，其中，該些內建手勢資訊至少包含一第一手勢資訊與一第二手勢資訊，其中，該第一手勢資訊係指上下移動，該第二手勢資訊係指左右移動。
一種旋轉式智慧音箱，係包含：一聲音感測模組，係用以在一設定時間與一感測角度範圍內感測到一使用者所產生之複數個聲波時，產生複數個聲源信號；一控制處理模組，係電性連接該聲音感測模組，用以在接收到該些聲源信號時，分析出該些聲波之一發送方位，據以產生一旋轉控制信號，並包含：一方位處理單元，係用以接收到該些聲源信號中之第一者時，建立出該感測角度範圍，且確認該些聲源信號中之後續者係位於該感測角度範圍內時，分析出該發送方位；以及一重置單元，係電性連接該方位處理單元，用以在該方位處理單元接收到該些聲源信號中之第一者時，計算該設定時間，並在計算完該設定時間且該方位處理單元並未接收到該些聲源信號中之後續者時，歸零該設定時間，且使該方位處理單元消除該些聲源信號中之第一者與該感測角度範圍；一旋轉組件，係電性連接該控制處理模組，並接收該旋轉控制信號；一手勢感測模組，係電性連接該控制處理模組，並設置於該旋轉組件；以及一播放模組，係電性連接該控制處理模組，並設置於該旋轉組件；其中，當該旋轉組件依據該旋轉控制信號驅動該手勢感測模組旋轉至該發送方位而面向該使用者時，該手勢感測模組係感測該使用者之一手勢，據以產生對應該手勢之一感測信號，且該控制處理模組係依據該感測信號產生一控制信號，藉以控制該播放模組。
如請求項5所述之旋轉式智慧音箱，其中，該控制處理模組係包含：一手勢處理單元，係感測該使用者之該手勢，並比對該手勢與複數個對應複數個控制指令之內建手勢資訊，用以在比對符合時，確認該手勢所對應之內建手勢資訊及該手勢所對應之控制指令；以及一儲存單元，係用以儲存該些內建手勢資訊與該些控制指令。
如請求項5所述之旋轉式智慧音箱，其中，該些內建手勢資訊至少包含一第一手勢資訊與一第二手勢資訊，其中，該第一手勢資訊係指上下移動，該第二手勢資訊係指左右移動。