专利名称：：一种用于家庭智能监控服务的多感知机器人的制作方法一种用于家庭智能监控服务的多感知机器人
技术领域：
：本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种在家庭环境中进行智能监控及服务的多感知机器人。具体的说，本发明可以实时提取家庭环境中的各种信息，主要包括声音、图像、气味、障碍物等信息，进行声音定位、人脸识别、异常事件报警的功能。本发明主要用于家庭的服务监控，当家中有人时负责老人或者小孩的监护，并能通过手机模块及时向主人报告家中的最新情况，当家中无人时负责对非法闯入等异常事件进行检测，并通过手机模块及时向主人报告家中的最新情况，本发明能够一方面将人们从日常的繁重劳动中解放出来，另一方面能够照看陪伴老人、小孩，保障家庭安全。
背景技术：
：目前在世界范围研发的家庭服务机器人主要集中在家政服务机器人和一些具有特定功能的服务机器人，家政机器人需要具有处理复杂事务的能力，一般具有可以抓取物件的机械结构；而具有特定功能的服务机器人，如扫地机器人、娱乐机器人等，根据功能不同，具有特殊的结构。另外，国内外相关的机器人研究包括，日本本田公司研究人员曾经研发出一款"Asimo"机器人，它不仅可以招待客人，还懂得团队协作，与其他机器人"同事"分担任务；德国斯图加特市弗劳恩霍弗制造工程与自动化学院也在进行家政服务机器人的探索，并制造了Care-0-Bot3样机，能够识别抓取物品，提供家政服务。现有技术中与家庭监控相关的
背景技术：
主要集中在各个专用领域的子系统实现，申请人:提供的涉及中国专利的主要对比文献为l)CN200610032660.3，家政服务机器人该发明公开了一种具有多功能的智能化的能够代替人完成家政服务工作的机器人，它包括行进装置、感知装置、接收装置、发送装置、控制装置、执行装置、存储装置、交互装置等；所述感知装置将在家庭居住环境内感知到的信息传送给控制装置，控制装置指令执行装置作出响应，并进行防盗监测、安全检查、清洁卫生、物品搬运、家电控制，以及家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、家用统计等工作。2)CN200710177186.8，一种基于嵌入式系统的手持机器人运动监控平台该发明涉及一种基于嵌入式系统的手持机器人运动监控平台，整体框架包括基于ARM9架构的中央控制模块、传感器模块、运动控制模块、运动执行机构和基于触摸屏的监控平台，所述中央控制模块由32位中央处理器与外部接口相连接组成，32位中央处理器接受由传感器通过外部接口传来的数据，经过处理后再通过外部接口发送控制信号给运动执行机构，所述传感器模块包括压罗盘、加速度计、继电器、角度传感器，它们与中央控制模块通过预置的传感器接口相连接；所述运动控制模块采用小型直流电机和步进电机进行控制，它通过CAN总线传输模块连接核心控制单元，运动控制信息通过CAN总线与核心控制单元进行信息交互；软件部分包括嵌入式Li皿x操作系统、硬件驱动程序和方便二次开发的应用程序。3)CN200810125299.8，监控实现方法及系统、系统服务器该发明公开了一种监控实现方法，用于实现移动终端对监控终端的监控，该方法包括系统服务器接收来自移动终端的访问请求，其中，访问请求中携带有所请求访问的监控终端的参数信息；系统服务器判断是否与访问请求中携带的参数信息对应的监控终端建立了连接；在判断结果为否的情况下，与监控终端建立连接，接收来自监控终端的监控点的当前实时图像，并将当前实时图像转发给移动终端；在判断结果为是的情况下，通过建立的连接接收来自监控终端的监控点的当前实时图像，并将当前实时图像转发给移动终端。4)CN200720077448.9具有人脸识别的智能机器人该实用新型属于一种具有人脸识别的智能机器人，其包括具有腿部电机、手臂电机、脖子电机及喇叭的机器人本体；装设在所述机器人本体上且用于摄取人脸图像的摄像装置；用于将所述摄像装置摄取的人脸图像与预先存储的人脸图像进行比较以识别所摄取的人脸图像的人脸识别单元；用于启动所述摄像装置、并根据所述人脸识别单元的识别结果控制机器人本体进行不同动作的受控模块；及用于供使用者向所述控制模块发出识别指示以使所述受控模块启动所述摄像装置的遥控单元，如此可使机器人具有人脸识别的功能。在上述现有技术中，所公开的家庭服务机器人的异常识别能力有限，通常无法对家庭环境进行全方位的监控，比如安防类型的机器人侧重家庭无人时的巡逻和监控，有家庭成员时主要提供家庭娱乐功能和健康检测功能；具有抓取物件机械结构的机器人，如上文中的Asimo，Care-0-Bot等，主要提供家政服务，能够完成复杂的动作和丰富的功能，但其结构复杂，主要完成一些特定的任务，不是针对家庭安全监控设计的。而现有针对家庭应用的监控系统主要由可移动摄像头和固定摄像头组成，只是完成简单的人工监控功能，或者单纯实现人脸识别系统，智能化程度有限，并且无法感知周围其他信息，不能对家庭环境进行综合分析，从而进行全方位的监控服务。以上所述缺陷值得改进，市场需要一种用于家庭智能监控领域的，具有视觉、听觉、嗅觉等多个传感器，并能够进行多感知融合，能够进行人脸识别和异常事件监测的多功能家庭监控机器人。
发明内容本发明的目的即在于针对上述现有技术不足之处，是提供一种用于家庭智能监控服务的多感知机器人，本发明能够基于自主移动平台，具有视觉、听觉、嗅觉等多个传感器，能够进行多感知融合，并能够进行人脸识别和异常事件监测，首先使家庭监控能力获得提升，提供老人监护和无人值守的全方位家庭监控功能；其次，能够通过多种传感器感知家庭环境信息，从而对家庭进行更为全面的监控，在此基础上具有性能稳定、效率更高的优点。本发明的技术方案如下所述—种用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征在于，所述机器人包括一个主控制装置，所述主控制装置外接有摄像头、声音采集器、手机报警装置、扬声器等交互设备，所述主控制装置还外接有底盘移动装置和头部动作装置所述底盘移动装置由底盘控制器、电机驱动器、避障传感器和烟雾传感器组成，另外底盘移动装置装有移动平台所需的锂电池，3个轮子，其中包括2个驱动轮和1个万向轮，主控制装置通过串口向底盘控制器发送控制命令，控制电机进行相应动作，并对障碍信号进行处理；所述头部动作装置由3个舵机和1个继电器组成，1个舵机负责控制机器人脖子的转动，2个舵机控制2个眼球，即摄像头的转动，1个继电器控制机器人的嘴部动作。主控制装置通过串口向头部控制器发送控制命令，控制机器人头部、眼球的转动和嘴部的张合。根据上述的技术方案，本发明的有益效果在于1)、本发明实现了实时人脸识别、异常行为及声音检测和异常气体检测，并根据其结果进行相应处理，跟随陌生人并及时通知主人，对家庭环境进行全方位的监控；2)、本发明整体结构适合家庭环境，内部机械装置简单，稳定性高，执行效率高；3)、本发明实现了多感知的综合分析，融合了视觉、听觉、嗅觉的传感器，实现多模态异常事件报警。下面结合附图以及实施方式对本发明做进一点详细的说明。图1为本发明的智能家庭服务监控机器人的结构设置图2为本发明的智能家庭服务监控机器人的人脸识别过程流程图3为本发明的智能家庭服务监控机器人的陌生人跟踪过程图4为本发明的智能家庭服务监控机器人的声音采集通道结构图。具体实施方式如图1所示，本发明的一种用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征在于，所述机器人包括一个主控制装置，所述主控制装置外接有摄像头、声音采集器、手机报警装置、扬声器等交互设备，所述主控制装置还外接有底盘移动装置和头部动作装置所述底盘移动装置由底盘控制器、电机驱动器、避障传感器和烟雾传感器组成，另外底盘移动装置装有移动平台所需的锂电池，3个轮子，其中包括2个驱动轮和1个万向轮，主控制装置通过串口向底盘控制器发送控制命令，控制电机进行相应动作，并对障碍信号进行处理；所述头部动作装置由3个舵机和1个继电器组成，1个舵机负责控制机器人脖子的转动，2个舵机控制2个眼球，即摄像头的转动，1个继电器控制机器人的嘴部动作。本发明的运动系统主要由两轮驱动轮和一个万向轮组成，这种经典结构可以使得机器人能够实现前进后退左右转动等各种功能。机器人的2个眼球是CM0S摄像头，可将实时采集的图像传输到机器人内部的主控制装置进行处理。家用监控机器人还能通过人脸识别系统，即摄像头和人脸识别算法识别家里的主人，对他的到来表示欢迎，如果发现陌生人进行声音提示并通知主人，并根据设定跟踪陌生人。机器人带有4通道的声音定位模块，能够对周围环境声音进行监测，并进行定位。机器人可以对家中发生的异常事件进行监控，当主人不在家时，机器人可以根据指定的路线隔一段时间在室内进行巡逻与监控，并绕开路线上出现的障碍物，当发现门窗破损、陌生人闯入、煤气泄漏、空气质量下降、发生火灾等时就会报警或相应提示，并通过异常声音迅速定位事发地点，帮助主人处理出现的异常情况，同时，机器人通过GSM网络给主人发出警报。所述机器人异常监测系统由人脸识别、异常行为检测、陌生人跟随、异常声音、异常气体检测5个部分组成1)、人脸识别如图2所示，所述人脸识别模块集成于主控制装置中，采用高效稳定的人脸识别算法实现，通过Harr小波特征定位人脸，在确保人脸识别率的情况下提高处理监控速度。它首先通过肤色检测是否有人脸，并获取肤色掩码，如果肤色面积大于二分之一，则认为被遮蔽，机器人进行提醒。否则根据Harr小波特征定位出人脸位置，根据人眼特征进行校正，将获取人脸信息与数据库信息比对，判断是已知人脸还是未知人脸，如果已知人脸第一次进入，则机器人向其打招呼，如果是未知人脸第一次进入，则向其询问，并通过短信通知主人。如果超出1秒没有识别，优先通过肤色匹配寻找人脸，如果超过10秒则认为人脸丢失。2)、异常行为检测所述异常行为检测模块集成于主控制装置中，由摄像头、转动舵机和监控算法实现，通过侦察检测运动物体上半部分，判断摔倒、跌落、跑步等异常行为。3)、陌生人跟随如图3所示，所述陌生人跟随模块集成于主控制装置中，由广角摄像头、转动舵机和跟随算法组成，所述广角摄像头能够提供较大的视角以利于跟踪，通过舵机进行控制摄像头转动及时跟踪外界变化。首先使用普通摄像头进行人脸识别，如果定位到人脸并识别出是数据库中的未知对象，可以根据设定进入跟踪模式。根据人脸识别定位出来的位置信息，提取陌生人的上半身特征，利用广角镜头的宽视野特性，随时跟踪陌生人的动向。同时，可以判断出陌生人的距离信息，驱动机器人与陌生人保持1米左右距离。4)、异常声音定位所述异常声音定位模块由声音采集装置和声音处理算法组成，它通过声音采集器采集4个通道的声音数据，通过程序定位出转向角度，驱动电机进行相应动作。实施过程中，所述声音采集器由4个全方向的麦克风组成，安装于底盘四周，如图4所示，4个通道的标号为0、1、2、3，每个通道采样数据为2048个数据，采样频率10000Hz。由于发声点到每个麦克风的时间不同，因此如果能够得到到达每个点的时间差就能计算出声音发出的位置。首先将转向划分成8个发声区域，根据到达时间的先后确定声音来自哪一个区域。然后根据时间差可以计算出声音方向。5)、异常气体检测所述异常气体检测部分，由烟雾煤气传感器独立工作，随机器人本体移动监测周围家庭环境的异常气体状态，如果检测到烟雾或可燃性气体则发出警报。由上可见，本发明是具有多感知的家庭监控系统，需要通过对环境多种信号的感知进行综合分析，根据任务优先级确定机器人的行动方案。所述智能监控机器人的任务分为3类，一是机器人本体的移动，包括避障、底盘动作、头部动作；一是监控部分，包括视频监控和声音监控；一是报警部分，主要是彩信发送。根据各任务的特点，可以制定出优先级，机器人根据优先级进行处理。7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施过程中，由于机器人自身的安全考虑，将避障功能的优先级放在首位，在转向或者运行的过程中，及时对障碍信号做出响应。由于底盘动作时，轮子的运动会发出声音，为了让声音定位算法对转动过程的本体声音不响应，应让底盘动作的优先级高于声音定位。异常声音信号往往是突发性的，因此需要对此及时做出响应，而不能让计算量大的人脸识别占据了系统的运行时间。根据彩信发送的特点，发送的过程跟信号强度有关，并且属于一次运行任务，而不像声音采集模块需要对声音进行连续的采集，因此需要降低其优先级。因此将任务优先级从高到低设定为避障、底盘动作、声音定位、人脸识别、头部动作、彩信。另外，本发明的机器人外壳可以采用鹅的造型，材料为塑料。权利要求一种用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征在于，所述机器人包括一个主控制装置，所述主控制装置外接有摄像头、声音采集器、手机报警装置、扬声器等设备，所述主控制装置还外接有底盘移动装置和头部动作装置所述底盘移动装置由底盘控制器、电机驱动器、避障传感器和烟雾传感器组成，另外底盘移动装置装有移动平台所需的锂电池，3个轮子，其中包括2个驱动轮和1个万向轮，主控制装置通过串口向底盘控制器发送控制命令，控制电机进行相应动作，并对障碍信号进行处理；所述头部动作装置由3个舵机和1个继电器组成，1个舵机负责控制机器人脖子的转动，2个舵机控制2个眼球，即摄像头的转动，1个继电器控制机器人的嘴部动作，主控制装置通过串口向头部控制器发送控制命令，控制机器人头部、眼球的转动和嘴部的张合。2.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述机器人的感知结构包括摄像头、声音采集装置、红外传感器、烟雾传感器；所述摄像头包括1个用于人脸识别的普通摄像头，1个用于陌生人跟随和异常事件监测的广角摄像头，安装于机器人的头部，将实时采集的图像传输到机器人内部的主控装置进行处理；所述声音采集装置为4通道采集装置，安装于机器人的底盘，主控制装置通过声音相位差进行声源定位；所述红外传感器安装于机器人的底盘，主控装置采集障碍信号进行处理；所述烟雾传感器安装于机器人的底盘。3.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述机器人的执行装置包括底盘移动装置、头部动作装置、手机报警装置和扬声器。4.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述机器人集成的智能算法包括人脸识别模块、异常行为检测模块、陌生人跟随模块和异常声音定位模块。5.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述机器人的人脸识别模块集成与主控制装置中，由摄像头和人脸识别算法实现，通过肤色匹配、人眼检测等多种方式定位人脸，在确保人脸识别率的情况下提高处理监控速度。6.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述机器人的异常行为检测模块集成于主控制装置中，由摄像头和监控算法实现，通过侦察检测运动物体上半部分，判断摔倒、跌落、跑步等异常行为。7.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述陌生人跟随模块集成于主控制装置中，由广角摄像头、转动舵机和跟随算法组成，所述广角摄像头提供较大的视角以利于跟踪，通过舵机进行控制摄像头转动及时跟踪外界变化。8.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述机器人的异常声音定位模块由声音采集装置和声音处理程序组成，它通过声音采集装置采集4个通道的声音数据，通过程序定位出转向角度，驱动电机进行相应动作，所述声音采集装置由4个全方向的麦克风组成，安装于底盘四周，4个通道的标号为0、1、2、3，每个通道采样数据为2048个数据，采样频率10000Hz。9.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述异常气体检测部分由烟雾煤气传感器独立工作，随机器人本体移动监测周围家庭环境的异常气体状态，如果检测到烟雾或可燃性气体则发出警报。10.根据权利要求1所述的用于家庭智能监控服务的多感知机器人，其特征还在于，所述机器人外壳采用鹅的造型，材料为塑料。全文摘要本发明公开了一种用于家庭智能监控服务的多感知机器人，所述机器人包括一个主控制装置，所述主控制装置外接有摄像头、声音采集器、手机报警装置、扬声器等设备，所述主控制装置还外接有底盘移动装置和头部动作装置，所述底盘移动装置由底盘控制器、电机驱动器、避障传感器和烟雾传感器组成，底盘移动装置装有移动平台所需的锂电池和轮子，主控制装置通过串口向底盘控制器发送控制命令，控制电机进行相应动作，并对障碍信号进行处理，头部动作装置由3个舵机和1个继电器组成，主控制装置通过串口向头部控制器发送控制命令，控制机器人头部、眼球的转动和嘴部的张合，本发明用于家庭智能监控领域，并能够进行多感知融合，能够进行人脸识别和异常事件监测的多功能家庭监控。文档编号B25J11/00GK101786272SQ20101004651公开日2010年7月28日申请日期2010年1月5日优先权日2010年1月5日发明者于仕琪,吴新宇,张学臻,徐扬生,成竹,邓雷申请人:深圳先进技术研究院