动物舞台机器人安防系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种动物舞台机器人安防系统，包括MSP430单片机、FLASH存储器和动物类型识别设备，FLASH存储器和动物类型识别设备协同操作，用于提供靠近舞台边缘的目标动物类型，MSP430单片机分别与FLASH存储器和动物类型识别设备连接，用于基于接收到的目标动物类型确定安保策略。通过本发明，采用机械和电子构造结合的方式，能够提高动物演出舞台的安全等级。
【专利说明】
动物舞台机器人安防系统
技术领域
[0001]本发明涉及动物舞台领域，尤其涉及一种动物舞台机器人安防系统。
【背景技术】
[0002]在一些孩子偏爱的动物舞台或动物剧场内，与观众接触而造成的安全事故发生的数量大幅度增加。其原因一方面是无法与动物进行事先沟通，另一方面是动物的可控性较差，更关键的是，动物与观众的接触不仅可能对观众身心造成影响和伤害，对动物本身也可能造成不利影响。现有技术中的驱逐方式不够理想，而且无法根据动物类型确定驱逐模式，驱逐的效率很低下。同时，现有技术中动物舞台或动物剧场中，包括升降框架、背景光或拉幕的设备的控制方式简单粗糙，无法根据设备的具体使用情况进行灵活操作，导致设备控制效率不高。
[0003]因此，需要一种新的动物舞台或动物剧院的设计方案，能够替换人工驱逐方式，采用电子化方式设计出基于图像识别技术的动物检测机制和动物类型检测机制，并确定接近观众的动物的类型，根据动物的类型确定具体的相应的驱逐方式，同时，还能够改造了现有动物舞台或动物剧场的设备控制机制，从而提高动物舞台或动物剧场的整体的安全性能。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种动物舞台机器人安防系统，采用机械和电子构造结合的方式，改造现有技术中动物舞台或动物剧场，为了防止动物侵害观众，采用图像识别技术建立了动物接近识别、动物类型识别机制，以基于识别到的动物类型确定相应的驱逐策略，有效避免动物与观众的接触，同时，还对现场设备的控制机制进行优化，避免现场出现各种安全事故，保障现场观众尤其是儿童的安全。
[0005]根据本发明的一方面，提供了一种动物舞台机器人安防系统，所述系统包括MSP430单片机、FLASH存储器和动物类型识别设备，FLASH存储器和动物类型识别设备协同操作，用于提供靠近舞台边缘的目标动物类型，MSP430单片机分别与FLASH存储器和动物类型识别设备连接，用于基于接收到的目标动物类型确定安保策略。
[0006]更具体地，在所述动物舞台机器人安防系统中，包括:CMOS视觉传感器，设置在舞台边缘的上方，用于对舞台边缘进行拍摄，以获得舞台边缘图像，舞台边缘图像的分辨率为超高清分辨率;图像处理设备，与CMOS视觉传感器连接以接收舞台边缘图像，包括几何校正单元、图像旋转单元、图像平移单元、直方图均衡化单元、小波滤波单元和高斯平滑滤波单元，对于舞台边缘图像依次执行几何校正、图像旋转、图像平移、直方图均衡化、小波滤波和高斯平滑滤波处理，以获得对应的修正图像;动物分割设备，分别与FLASH存储器和图像处理设备连接，用于接收修正图像、预设动物灰度上限阈值和预设动物灰度下限阈值，基于预设动物灰度上限阈值和预设动物灰度下限阈值在修正图像中进行动物目标识别，识别成功则将动物目标从修正图像中分割以作为动物子图像输出，识别失败则输出无目标动物信号;动物类型识别设备，分别与FLASH存储器和动物分割设备连接，在接收到无目标动物信号时，转发无目标动物信号，在接收到动物子图像时，将动物子图像与各种基准动物轮廓逐一匹配，匹配成功则输出匹配到的基准动物轮廓对应的类型以作为目标动物类型输出，匹配失败则输出无目标动物信号;MSP430单片机，分别与动物检测设备和烟雾喷射控制设备连接，当接收到目标动物类型时，向烟雾喷射控制设备发出与目标动物类型对应的烟雾喷射颜色，当接收到无目标动物信号时，向烟雾喷射控制设备发出停止烟雾喷射信号;FLASH存储器，用于预先存储了预设动物灰度上限阈值、预设动物灰度下限阈值和各种基准动物轮廓;位置反馈设备，用于反馈吊杆当前所在的实时位置，并作为吊杆实时位置输出；重量检测设备，用于检测吊杆当前所承担的负载重量，并作为吊杆负载重量输出；速度检测设备，用于检测吊杆当前的升降速度，并作为吊杆实时速度输出；吊杆保护设备，包括制动单元、保护单元和保护驱动电机，保护驱动电机分别与制动单元和保护单元连接，用于驱动制动单元或保护单元以实现对吊杆的保护操作，制动单元用于在保护驱动电机的控制下，实现对吊杆的制动操作，保护单元用于在保护驱动电机的控制下，实现对吊杆上负载的保护操作;烟雾喷射设备，设置在舞台边缘的下方，能够以设定颜色发射出不同的烟雾;烟雾喷射控制设备，分别与烟雾喷射设备和MSP430单片机连接，设置在烟雾喷射设备附近，接收MSP430单片机发送的烟雾喷射控制信号，并基于烟雾喷射控制信号控制烟雾喷射设备的喷射模式;拉幕控制设备，与FLASH存储器连接，用于读出FLASH存储器中存储的场景文件，并基于场景文件中的每一场景的开始情节控制舞台拉幕的升起模式，基于场景文件中的每一场景的结束情节控制舞台拉幕的降落模式;其中，MSP430单片机还分别与位置反馈设备、重量检测设备、速度检测设备和保护驱动电机连接，基于预设位置权重、吊杆实时位置、预设重量权重、吊杆负载重量、预设速度权重和吊杆实时速度确定保护控制信号，并将保护控制信号发送给保护驱动电机以实现对保护驱动电机的驱动控制；其中，FLASH存储器还与MSP430单片机连接，用于存储预设位置权重、预设重量权重和预设速度权重，预设位置权重、预设重量权重和预设速度权重分别用于对吊杆实时位置、吊杆负载重量和吊杆实时速度进行加权;其中，与目标动物类型对应的烟雾喷射颜色为目标动物类型厌恶的烟雾喷射颜色。
[0007]更具体地，在所述动物舞台机器人安防系统中，还包括:液晶显示设备，与MSP430单片机连接，用于显示目标动物类型或无目标动物信号。
[0008]更具体地，在所述动物舞台机器人安防系统中:液晶显示设备还集成有触摸屏。
[0009]更具体地，在所述动物舞台机器人安防系统中:各种基准动物轮廓中，每一种基准动物轮廓对应一种动物类型。
[0010]更具体地，在所述动物舞台机器人安防系统中，还包括:键盘阵列，用于在用户的操作下，接收用户输入的预设高度阈值和预设变化率阈值。
【附图说明】
[0011]以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中:
[0012]图1为根据本发明实施方案示出的动物舞台机器人安防系统的结构方框图。
[0013]附图标记:1MSP430单片机;2FLASH存储器;3动物类型识别设备
【具体实施方式】
[0014]下面将参照附图对本发明的动物舞台机器人安防系统的实施方案进行详细说明。
[0015]一些动物在表演过程中是不会因为与观众接触而造成相互身心上的伤害的，例如猫、狗或绵羊，一方面是因为这些动物的习性温顺，而且逃离驯养者的可能性不大，易受驯养者控制，但是也有一些动物在与观众接触时有可能发生危险，例如大象、狮子、老虎等大型动物，甚至温顺的羚羊、斑马或者角牛。因此，为了避免上述意外发生，最根本的解决办法是在发现动物进入到演出平台边缘位置时，立即采取措施将其驱逐，使其远离观众位置，进入安全区域。然而，现有技术中并没有上述针对动物类型确定驱逐措施的具体的隔离方案，同时，现有技术中的动物舞台或动物剧场的一些设备控制效率低下，控制效率不高，容易造成演出事故。
[0016]为了克服上述不足，本发明搭建了一种动物舞台机器人安防系统，能够将在动物表演过程中防动物侵入作为一个专门的课题进行研究，以电子化的驱逐方式替代人工的驱逐方式，大幅度提高动物驱逐的效率，更为关键的是，能够根据现场设备的具体情况制定相应的控制策略。
[0017]图1为根据本发明实施方案示出的动物舞台机器人安防系统的结构方框图，所述系统包括MSP430单片机、FLASH存储器和动物类型识别设备，FLASH存储器和动物类型识别设备协同操作，用于提供靠近舞台边缘的目标动物类型，MSP430单片机分别与FLASH存储器和动物类型识别设备连接，用于基于接收到的目标动物类型确定安保策略。
[0018]接着，继续对本发明的动物舞台机器人安防系统的具体结构进行进一步的说明。
[0019]所述系统包括:CM0S视觉传感器，设置在舞台边缘的上方，用于对舞台边缘进行拍摄，以获得舞台边缘图像，舞台边缘图像的分辨率为超高清分辨率；图像处理设备，与CMOS视觉传感器连接以接收舞台边缘图像，包括几何校正单元、图像旋转单元、图像平移单元、直方图均衡化单元、小波滤波单元和高斯平滑滤波单元，对于舞台边缘图像依次执行几何校正、图像旋转、图像平移、直方图均衡化、小波滤波和高斯平滑滤波处理，以获得对应的修正图像。
[0020]所述系统包括:动物分割设备，分别与FLASH存储器和图像处理设备连接，用于接收修正图像、预设动物灰度上限阈值和预设动物灰度下限阈值，基于预设动物灰度上限阈值和预设动物灰度下限阈值在修正图像中进行动物目标识别，识别成功则将动物目标从修正图像中分割以作为动物子图像输出，识别失败则输出无目标动物信号。
[0021 ]所述系统包括:动物类型识别设备，分别与FLASH存储器和动物分割设备连接，在接收到无目标动物信号时，转发无目标动物信号，在接收到动物子图像时，将动物子图像与各种基准动物轮廓逐一匹配，匹配成功则输出匹配到的基准动物轮廓对应的类型以作为目标动物类型输出，匹配失败则输出无目标动物信号。
[0022]所述系统包括:MSP430单片机，分别与动物检测设备和烟雾喷射控制设备连接，当接收到目标动物类型时，向烟雾喷射控制设备发出与目标动物类型对应的烟雾喷射颜色，当接收到无目标动物信号时，向烟雾喷射控制设备发出停止烟雾喷射信号。
[0023]所述系统包括:FLASH存储器，用于预先存储了预设动物灰度上限阈值、预设动物灰度下限阈值和各种基准动物轮廓;位置反馈设备，用于反馈吊杆当前所在的实时位置，并作为吊杆实时位置输出；重量检测设备，用于检测吊杆当前所承担的负载重量，并作为吊杆负载重量输出;速度检测设备，用于检测吊杆当前的升降速度，并作为吊杆实时速度输出。
[0024]所述系统包括:吊杆保护设备，包括制动单元、保护单元和保护驱动电机，保护驱动电机分别与制动单元和保护单元连接，用于驱动制动单元或保护单元以实现对吊杆的保护操作，制动单元用于在保护驱动电机的控制下，实现对吊杆的制动操作，保护单元用于在保护驱动电机的控制下，实现对吊杆上负载的保护操作;烟雾喷射设备，设置在舞台边缘的下方，能够以设定颜色发射出不同的烟雾。
[0025]所述系统包括:烟雾喷射控制设备，分别与烟雾喷射设备和MSP430单片机连接，设置在烟雾喷射设备附近，接收MSP430单片机发送的烟雾喷射控制信号，并基于烟雾喷射控制信号控制烟雾喷射设备的喷射模式。
[0026]所述系统包括:拉幕控制设备，与FLASH存储器连接，用于读出FLASH存储器中存储的场景文件，并基于场景文件中的每一场景的开始情节控制舞台拉幕的升起模式，基于场景文件中的每一场景的结束情节控制舞台拉幕的降落模式。
[0027]其中，MSP430单片机还分别与位置反馈设备、重量检测设备、速度检测设备和保护驱动电机连接，基于预设位置权重、吊杆实时位置、预设重量权重、吊杆负载重量、预设速度权重和吊杆实时速度确定保护控制信号，并将保护控制信号发送给保护驱动电机以实现对保护驱动电机的驱动控制。
[0028]其中，FLASH存储器还与MSP430单片机连接，用于存储预设位置权重、预设重量权重和预设速度权重，预设位置权重、预设重量权重和预设速度权重分别用于对吊杆实时位置、吊杆负载重量和吊杆实时速度进行加权;与目标动物类型对应的烟雾喷射颜色为目标动物类型厌恶的烟雾喷射颜色。
[0029]可选地，在所述系统中，还包括:液晶显示设备，与MSP430单片机连接，用于显示目标动物类型或无目标动物信号;液晶显示设备还集成有触摸屏;各种基准动物轮廓中，每一种基准动物轮廓对应一种动物类型;所述系统还包括:键盘阵列，用于在用户的操作下，接收用户输入的预设高度阈值和预设变化率阈值。
[0030]其中，所述系统还包括机器人行走主体结构，用于搭载所述系统中的上述的机械设备和上述的电子设备。
[0031]另外，CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。
[0032]被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor，简称PPS)，又叫无源式像素传感器，他由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，他可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线(Column bus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Charge integrating amplifier)保持列线电压为一常数，当光敏二极管存贝士的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。
[0033]主动式像素传感器(Active Pixel Sensor，简称APS)，又叫有源式像素传感器。几乎在CMOS PPS像素结构发明的同时，人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积，降低了 “封装密度”，使40%?50%的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发，所以CMOS APS的功耗比CXD图像传感器的还小。
[0034]采用本发明的动物舞台机器人安防系统，针对现有技术在动物表演过程中防动物袭人机制过于依赖人工以及设备控制机制落后的技术问题，通过建立高效图像识别技术实现对动物袭人行为的电子化检测，并根据动物类型制定对应的驱逐方式，同时，还对现有的设备控制机制进行优化，提高现场设备的可控性和可靠性，维护现场动物表演的秩序，避免演出设备事故发生。
[0035]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种动物舞台机器人安防系统，所述系统包括MSP430单片机、FLASH存储器和动物类型识别设备，FLASH存储器和动物类型识别设备协同操作，用于提供靠近舞台边缘的目标动物类型，MSP430单片机分别与FLASH存储器和动物类型识别设备连接，用于基于接收到的目标动物类型确定安保策略。2.如权利要求1所述的动物舞台机器人安防系统，其特征在于，所述系统包括: CMOS视觉传感器，设置在舞台边缘的上方，用于对舞台边缘进行拍摄，以获得舞台边缘图像，舞台边缘图像的分辨率为超高清分辨率； 图像处理设备，与CMOS视觉传感器连接以接收舞台边缘图像，包括几何校正单元、图像旋转单元、图像平移单元、直方图均衡化单元、小波滤波单元和高斯平滑滤波单元，对于舞台边缘图像依次执行几何校正、图像旋转、图像平移、直方图均衡化、小波滤波和高斯平滑滤波处理，以获得对应的修正图像； 动物分割设备，分别与FLASH存储器和图像处理设备连接，用于接收修正图像、预设动物灰度上限阈值和预设动物灰度下限阈值，基于预设动物灰度上限阈值和预设动物灰度下限阈值在修正图像中进行动物目标识别，识别成功则将动物目标从修正图像中分割以作为动物子图像输出，识别失败则输出无目标动物信号； 动物类型识别设备，分别与FLASH存储器和动物分割设备连接，在接收到无目标动物信号时，转发无目标动物信号，在接收到动物子图像时，将动物子图像与各种基准动物轮廓逐一匹配，匹配成功则输出匹配到的基准动物轮廓对应的类型以作为目标动物类型输出，匹配失败则输出无目标动物信号； MSP430单片机，分别与动物检测设备和烟雾喷射控制设备连接，当接收到目标动物类型时，向烟雾喷射控制设备发出与目标动物类型对应的烟雾喷射颜色，当接收到无目标动物信号时，向烟雾喷射控制设备发出停止烟雾喷射信号； FLASH存储器，用于预先存储了预设动物灰度上限阈值、预设动物灰度下限阈值和各种基准动物轮廓； 位置反馈设备，用于反馈吊杆当前所在的实时位置，并作为吊杆实时位置输出； 重量检测设备，用于检测吊杆当前所承担的负载重量，并作为吊杆负载重量输出； 速度检测设备，用于检测吊杆当前的升降速度，并作为吊杆实时速度输出； 吊杆保护设备，包括制动单元、保护单元和保护驱动电机，保护驱动电机分别与制动单元和保护单元连接，用于驱动制动单元或保护单元以实现对吊杆的保护操作，制动单元用于在保护驱动电机的控制下，实现对吊杆的制动操作，保护单元用于在保护驱动电机的控制下，实现对吊杆上负载的保护操作； 烟雾喷射设备，设置在舞台边缘的下方，能够以设定颜色发射出不同的烟雾； 烟雾喷射控制设备，分别与烟雾喷射设备和MSP430单片机连接，设置在烟雾喷射设备附近，接收MSP430单片机发送的烟雾喷射控制信号，并基于烟雾喷射控制信号控制烟雾喷射设备的喷射模式； 拉幕控制设备，与FLASH存储器连接，用于读出FLASH存储器中存储的场景文件，并基于场景文件中的每一场景的开始情节控制舞台拉幕的升起模式，基于场景文件中的每一场景的结束情节控制舞台拉幕的降落模式； 其中，MSP430单片机还分别与位置反馈设备、重量检测设备、速度检测设备和保护驱动电机连接，基于预设位置权重、吊杆实时位置、预设重量权重、吊杆负载重量、预设速度权重和吊杆实时速度确定保护控制信号，并将保护控制信号发送给保护驱动电机以实现对保护驱动电机的驱动控制； 其中，FLASH存储器还与MSP430单片机连接，用于存储预设位置权重、预设重量权重和预设速度权重，预设位置权重、预设重量权重和预设速度权重分别用于对吊杆实时位置、吊杆负载重量和吊杆实时速度进行加权； 其中，与目标动物类型对应的烟雾喷射颜色为目标动物类型厌恶的烟雾喷射颜色。3.如权利要求2所述的动物舞台机器人安防系统，其特征在于，还包括: 液晶显示设备，与MSP430单片机连接，用于显示目标动物类型或无目标动物信号。4.如权利要求3所述的动物舞台机器人安防系统，其特征在于: 液晶显示设备还集成有触摸屏。5.如权利要求2所述的动物舞台机器人安防系统，其特征在于: 各种基准动物轮廓中，每一种基准动物轮廓对应一种动物类型。6.如权利要求2所述的动物舞台机器人安防系统，其特征在于，还包括: 键盘阵列，用于在用户的操作下，接收用户输入的预设高度阈值和预设变化率阈值。
【文档编号】A63J5/00GK105903213SQ201610279742
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】张鑫
【申请人】宁波力匠机器人科技有限公司