一种可分体式机器人的制作方法

本实用新型属于智能机器人领域，具体涉及一种可分体式机器人。

背景技术：

机器人技术的发展，是科学技术发展共同的一个综合性的结果，为社会经济发展产生了重大影响。机器人是具有类似人功能的机械电子装置，典型分类有工业机器人，家用机器人，商用机器人等。家用机器人，又可以细分为家务机器人（搬运，扫地），陪护机器人，娱乐机器人等。其中陪护，娱乐型的机器人，更为注重机器人和人的交互，所以一般具有仿人类的外形，具备语音，视觉，肢体动作等交互手段。

现在市场上的家用小型机器人，针对幼童设计的陪伴学习型机器人，具体形态为故事机，智能音箱，儿童教育机器人等，通常设计为桌面型，都不具备行走移动的能力。这是因为受限于较小的外形尺寸，以及主要在桌面使用的场景，还有制造成本等因素。有一小部分高端产品有头部转动的功能设计。一旦具备了行走能力（多为轮式滚动），则机器人高度大都突破了60厘米，价格也迅速上探到了5千元以上区间，超出常规家用的范围。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可分体式机器人，解决了现有技术中家用机器人体积大或者不能移动的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种可分体式机器人，包括智能机器人终端和移动底座，智能机器人终端和移动底座能够独立工作，或者组合为整体协同工作；其中，

智能机器人终端具有数据采集模块、身份识别模块、与移动底座匹配的终端接口；数据采集模块采集视觉、语音信息；身份识别模块根据信息数据模块采集的信息进行人体、人脸的身份识别；与移动底座匹配的终端接口包括数据通信接口和电源接口，数据通信接口用于与移动底座进行数据互通，电源接口用于智能机器人的供电；

移动底座具有自动识别模块、定位模块、行走驱动模块、与智能机器人终端接口匹配的底座接口；自动识别模块用于识别障碍、边缘信息；定位模块用于实时获取移动底座所在的位置；行走驱动模块根据接收到的指令驱动移动底座行走；底座接口包括数据通信接口、充电接口，数据通信接口与智能机器人的数据通信接口连接，实现数据互通，充电接口为智能机器人提供电源并进行充电。

智能机器人终端包括机器人本体和控制组件，机器人本体为人形结构，具有头部、身体和脖子，脖子能够相对头部和身体转动；控制组件包括设置在头部的数据采集装置、智能显示装置、键盘输入装置以及设置在身体上的开关机按钮。

数据采集装置包括超声传感器、摄像头、红外传感器、麦克风、扬声器；智能显示装置为设置在头部前端的显示屏；键盘输入装置包括主菜单键、返回键。

机器人本体的身体底部具有向内凹进的卡口、数据通信接口和电源接口。

所述脖子为电机转轴。

移动底座包括底座本体、设置在底座本体底部的移动装置、设置在底座本体上部的接口和设置在移动底座侧面的探测装置。

所述探测装置包括悬空探测器和障碍探测器。

底座本体上部的接口包括向上凸起的底座卡口、数据通信接口和充电接口，向上凸起的底座卡口用于固定智能机器人终端，数据通信接口用于实现与智能机器人终端的数据互通，充电接口为智能机器人终端提供电源。

所述移动装置为均匀分布在底座本体底部的驱动轮。

所述驱动轮包括两个动力主动轮和一个辅助万向轮。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提出的分体式设计，即兼顾了小型家用机器人的小巧，便于桌面使用，以及与幼童交互，又可以达到目前市场上中大型机器人才具备的自动智能行走的功能，使机器人有一定的行动能力，加强功能和使用体验，便于挪动的多场景使用。

2、机器人独立使用的时候，小朋友可以轻松抱起机器人，将其放在桌面、床上、地板上使用。机器人通过摄像头，拾音器等设备，捕捉用户的方位，表情，动作，和用户交互。

3、底座独立使用的时候，具备自动避障行走功能，遇到墙壁，悬崖等障碍都能转弯避开。低电量时，能够记忆充电座的位置并且自动移动过去充电。能够智能规划路线和记忆路线。

4、机器人和底座两者结合的时候，只需要将机器人往底座上轻轻一放，两者就成功结合。此时组合体具备来自机器人摄像头的视觉信息，来自底座传感器的障碍信息，将这些信息进行综合的处理运算，再结合用户的语音，手机APP等控制信息，可以实现丰富的使用场景，比如“跟我来”。

5、机器人设计成人形结构，使其具备了漂亮的外观以及更友好的人机交互功能。

附图说明

图1为本实用新型智能机器人终端的机器人本体的结构。

图2为本实用新型移动底座的结构。

图3为本实用新型可分体平台结合时自动避障行走控制流程图。

其中，图中的标识为：1-超声传感器；2-摄像头；3-立体声扬声器；4-红外传感器；5-麦克风阵列；6-显示屏；7-主菜单键；8-返回键；9-电机转轴；10-开关机按钮；11-驱动轮；12-底座卡口；13-数据通信接口；14-USB Type-C充电口；15-悬空探测器；16-障碍探测器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构及工作过程作进一步说明。

本实用新型提出了一种新型的可分体式家用机器人平台系统，主体部分是一个小型机器人，具备视觉，语音交互等功能和一定的肢体机械动作功能，但是不直接具备行走移动的功能。与之配合的是一个移动底座，底座虽不具备强大的计算单元和复杂计算功能，但是自身装备有红外，超声等传感器，可检测各种障碍、边缘等环境，可独立进行自动避障行走和规划记忆路线的功能。当机器人主体和底座结合在一起之后，两者共享信息，结合计算机视觉信息，和传感器信号，可以完成复杂的智能的行走任务，比如，跟随特定的人自动行走，自动避障等。

一种可分体式机器人，包括智能机器人终端和移动底座，智能机器人终端和移动底座能够独立工作，或者组合为整体协同工作；其中，

智能机器人终端具有信息采集模块、身份识别模块、与移动底座匹配的终端接口；信息采集模块采集视觉、语音信息；身份识别模块根据信息采集模块采集的信息进行人体、人脸的身份识别；与移动底座匹配的终端接口包括数据通信接口和电源接口，数据通信接口用于与移动底座进行数据互通，电源接口用于智能机器人的供电；

移动底座具有自动识别模块、定位模块、行走驱动模块、与智能机器人终端接口匹配的底座接口；自动识别模块用于识别障碍、边缘信息；定位模块用于实时获取移动底座所在的位置；行走驱动模块根据接收到的指令驱动移动底座行走；底座接口包括数据通信接口、充电接口，数据通信接口与智能机器人的数据通信接口连接，实现数据互通，充电接口为智能机器人提供电源并进行充电。

下面根据附图来详细介绍本方案可分体机器人的具体结构，具体实施例，如图1、图2所示，

一种可分体式机器人，包括智能机器人终端和移动底座，智能机器人终端和移动底座能够独立工作，或者组合为整体协同工作；其中，

智能机器人终端包括机器人本体和控制组件，机器人本体为人形结构，具有头部、身体和脖子，脖子能够相对头部和身体转动；控制组件包括设置在头部的数据采集装置、智能显示装置、键盘输入装置以及设置在身体上的开关机按钮。数据采集装置包括超声传感器1、摄像头2、红外传感器4、麦克风、扬声器，该实施例的扬声器采用立体声扬声器3，分别设置在机器人额头的两侧，用于播放相应的声音；麦克风采用麦克风阵列5，均匀设置在机器人嘴巴的下方，用于采集外部人体的语音信息；摄像头2设置在机器人额头的上方，用于采集外部的环境信息；智能显示装置为设置在头部前端的显示屏6，显示屏6设置在机器人额头的中间部位；键盘输入装置包括主菜单键7和返回键8，红外传感器4、主菜单键7和返回键8并列设置在机器人的嘴巴处；机器人的脖子为电机转轴9；机器人的身体前方设置开关机按钮10；机器人本体的身体底部具有向内凹进的卡口、数据通信接口和电源接口。数据通信接口用于与移动底座进行数据互通，电源接口用于智能机器人的供电。

移动底座包括底座本体、设置在底座本体底部的移动装置、设置在底座本体上部的接口和设置在移动底座侧面的探测装置，所述接口包括向上凸起的底座卡口12、数据通信接口13和充电接口，数据通信接口13还同时具有充电的功能，为一多功能接口，充电接口为USB Type-C充电口14；向上凸起的底座卡口用于固定智能机器人终端，数据通信接口用于实现与智能机器人终端的数据互通，充电接口为智能机器人终端提供电源。

所述探测装置包括悬空探测器15和障碍探测器16。

所述移动装置为均匀分布在底座本体底部的驱动轮11。该实施例的驱动轮11包括两个动力主动轮和一个辅助万向轮。

本实用新型所涉及的技术要点主要包括：

1、应用于机器人上的声音，语音的定位，检测和识别技术：通过麦克风阵列，定位出人声音的方位。检测和识别人的语音和其他环境声音，识别人的身份等。

2、应用于家用机器人上的计算机视觉技术：在移动计算平台/嵌入式计算平台上实现检测人脸，识别人的身份，检测人体，检测肢体动作，跟随人体，识别地点场景，等计算功能。

3、应用于家用机器人的移动底座平台，需要具备一定的行动能力，负重功率，并具备超声波感应，距离探测，避障。室内定位，路线记忆，自动规划路径等功能。

4、机器人和移动底座之间的相互控制和信号传输。

5、机器人计算平台内的用户交互功能：语音识别，语音指令，语音聊天，音视频点播，音视频实时通话和监控，面向儿童的娱乐，教育，习惯培养等内容和功能。

6、机器人和手机App通过互联网互动的功能。使用者家长可通过手机来控制机器人行走，监控，调用娱乐学习功能等。

核心发明点如下：

1）机器人上结合视觉信息和语音信息的人体/人脸身份识别。（首先通过声音初步判定人的方位和距离，再结合视觉信息对人体，人脸进行识别，精确定位）。

2）基于机器人底座的自动避障和智能路径规划算法的可分体式机器人平台的整体配合，机器人和底座的互相控制，结合视觉信息，声学信息和传感器信号的自动行走综合算法和应用。

3）分体式设计的机器人系统：机器人主体具有独立的功能，底座也有独立功能，组合之后有更多扩展功能，例如，一直跟随使用者完成娱乐等语音指令。

为了进一步介绍该可分体家用机器人的具体原理和应用过程，系统控制框图如图3所示，以下举例进行说明。

本实用新型讲述的可分体式机器人平台，由机器人主体和移动底座两大部分组成，两者可以独立使用，并具备各自的功能。当两者结合时，可共享信息，相互控制，实现复杂智能的使用场景。

智能机器人终端：

机器人内部采用的是一个智能嵌入式系统，该系统硬件部分包含有CPU，存储器，网络通信单元，真彩触摸显示屏、摄像头、扬声器、麦克风，GPS，电池等模块。

机器人具备人脸检测跟踪技术，具体实现过程如下：

在人机对话的时候，控制机器人的头部始终面向使用者。根据麦克风获取的声音和摄像头获取的图像信息识别使用者身份，根据不同身份给予个性化的响应，和不同的人交互有不同的模式，由于机器人具备庞大的后台数据库系统，因此，在和人，尤其是和幼童交互的时候，机器人的这些功能显示出高度的拟人和智能特征。

机器人具有声音，语音检测定位功能。机器人装备有能侦测声音源方向的麦克风阵列，通过声音传入麦克风阵列不同单元的时间差，结合物理方位，计算出音源的方位，同时对声音的种类能进行计算分析，区分人声音语音与其他环境声音，帮助判别是否有人在机器人附近。

机器人具备自然语音交互功能。通过机器人内置或者云端计算功能，通过语音识别，语义理解，语音合成，机器人接收使用者的语音指令（比如“播放儿歌”，“转过来”），进行语音聊天和问答（比如“现在几点”“为什么饭前要洗手”），机器人根据问题调取数据库信息，作出相应的回答。

机器人具备安全监控功能，由监控人员通过手机遥控开启，或者由机器人所处环境某些条件触发开启，向后台服务和监控人员手机实时发送机器人采集到的视频音频信息和位置地点信息。

本机器人具备智能早教的功能，配合安装在智能手机上的家长端软件，通过互联网后台服务来配合完成。家长通过智能手机来给孩子布置学习任务，孩子与机器人交互，完成学习任务，家长可以收到反馈信息，随时查看孩子的任务进度，通过本系统给孩子发送表扬和奖励信息。家长还能够查询孩子整体的学习情况，统计分析等数据。通过本系统，家长可以更方便的参与到孩子的早教。即便家长不在孩子的身边，也可以远程的和孩子互动，了解学习情况，鼓励孩子。对于家长来说，早教变得更加高效，更加有趣。

本机器人配有一套欢乐互动娱乐系统。机器人和智能手机进行通信，交流互动。包括即时语音，图片，文字消息。实时的音频通话和视频通话。

正如成人有智能手机等设备那样，儿童也应当拥有专属于自己，适合自己的智能机器人，让他们与家长一起欢乐互动，和家长一起享受互联网带来的便利和美好生活。

移动底座：

移动底座整体上是一个圆盘造型。具有两个动力主动轮，和一个辅助万向轮。通过两个主动轮的相同或不同的转动方向配合，来实现前进后退，转弯，原地旋转等移动方式。

移动底座外侧圆周，分布有机械式压感探测器，超声距离探头。在底部靠外侧，有悬空探测器。当底座在水平地面或者桌面往预设的目的地方向移动的时候，如果碰到墙面，座椅，人体等障碍物，则会暂停，同时扫描周边环境，寻找最开阔的障碍物最少的方向转弯。当底部探测器发现地面有悬空的时候，将暂停移动，降低速度，以一个小角度尝试探测周边路线，发现地面悬空的边界，再调整角度继续前进。

移动底座能够接受以下类别的控制指令：前进、后退、左转、右转、停止移动、停止转动。前进和后退细分为支持快速前进/后退以及慢速前进/后退。

和机器人主机组合时，机器人可以查询到移动底座的以下状态信息：当前电量、是否正在充电、是否正在移动、移动快慢速度、是否在转动，当前转动角度。当移动底座触发以下事件时，也将主动向机器人主机发出事件通知：碰到障碍、碰到悬空、插电、断电、低电量触发自动寻路回去充电；以及一些障碍故障事件。

在移动底座与机器人分离，底座独立运行状态，底座依靠本身传感器，实现的是一个相对简单的自动避障寻路，碰上障碍（或者悬空）就转一定角度行走一个小的距离（一般不超过机器自身宽度），持续行走直至再次碰上障碍，并循环。而当移动底座与机器人主体结合时，配合机器人上的摄像头等更多传感信息，可以借助更强大的CPU运算能力，运行更强力的算法，模拟人大脑的思考方式，互相协助，将采集的数据汇总到机器人运算单元，构建房间地图，进行实时定位，实现更智能的自动行走和使用体验。

移动底座配备一个充电座，通常置于室内某个固定位置。移动底座可以感应到充电座的方位，在自身电量不足的时候，自主朝着充电座的方向移动，过程中如遇障碍物，将应用上述策略进行避障。成功抵达充电座后，还能记忆上次的路线，以在下次同样地点返回充电时提高路线规划速度。

机器人和移动底座的组合状态：

机器人的底部，和移动底座的顶部，设置有相匹配的磁吸式触点，机器人的底部具有向内凹进的卡口，移动底座的顶部具有向外凸出的卡口，两个卡口相互配合连接，磁吸式触点设置在卡口内。只需将机器人轻轻放置在移动底座表面，两者即完成联通。

两者处于结合状态时，如果机器人电量低于80%且底座电量高于30%，移动底座将为机器人充电。如果移动底座正位于充电座旁处于充电状态，移动底座也将为其上的机器人充电。

如需取消两者的结合状态，只需将机器人从移动底座上轻轻取下。

在结合状态下，主控为机器人。移动底座上的距离探测传感器采集的信号将实时的传输至机器人，辅助机器人进行自主移动。机器人综合自身的摄像头采集的视觉信号，和移动底座传输过来的距离探测信号，进行计算，将结果转化为行动控制信号（转向，速度等）并实时传送给移动底座，控制底座的两个主动轮，完成走，停，转向等动作。

以一个典型的智能行动场景举例。用户将机器人放置到移动底座上，两者处于结合模式。然后对机器人发出语音指令“跟我来”。机器人通过语音唤醒模块获知语音指令请求，开启录音设备收取声音信息，经过语音识别，语义理解模块，确认指令为“跟随人体前进并自动避障”。机器人根据声音定位判断指令发出人的大致方位，驱动移动底座原地旋转将机器人头部大致对准指令发出人，开启机器人上的摄像头，检测定位视野中的人体，然后驱动底座朝着人体的方向前进。结合视觉信息（视野内人体大小）和移动底座上的距离探测信息。当距离人体50厘米时，将放慢速度，当距离小于20厘米时，将停下。前进过程中，机器人摄像头未能识别障碍物，但是移动底座探测到障碍，比如楼梯边缘等地面悬空情况，也会触发避障行为。如果多次探测无法继续行动并且人体还在远离，机器人将发出提醒信息，用户可以返回帮助机器人越过障碍再继续前行。

本实用新型的结构安装方式、部件之间的连接关系、处理办法仅仅是作为一个实例来说明，不能认为只保护所述的方案，凡是对分体式机器人应用的情况下都可以参照本方案的方式方法做各种演变。

本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。