一种儿童陪护机器人及其陪护控制方法与流程

本发明涉及陪护机器人领域，特别是一种儿童陪护机器人及其陪护控制方法。

背景技术：

随着科学技术的不断进步和机器人技术的不断发展，智能机器人已逐渐走入千家万户，市场上也出现了不少智能机器人给人们的生活带来便利和乐趣，其中，陪护机器人作为智能机器人的一种，扮演监护人的角色，能够辅助小孩等被陪护人的生活和学习，给生活带来便利。

但目前已有的陪护机器人与被被陪护人的互动性很差，通常只有在被陪护人主动进行按钮或触碰操作时才会与其产生互动时，再做出相应的动作或执行相应的指令。这样，在监护人离开的情况下，陪护机器人并不能对被陪护人的生活作息起到很好的监管或教育作用，也无法实时查询被陪护人的陪护情况，陪护效果不好。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种儿童陪护机器人及其陪护控制方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种儿童陪护机器人，其包括：机器人本体和控制系统；所述控制系统包括：主控模块、图像采集模块、语音识别模块、显示模块、存储模块、发声模块和舵机模块；所述机器人本体底部设有移动装置；所述移动装置包括滚轮和驱动滚轮转动的驱动装置；所述舵机模块设置于所述移动装置内；所述显示模块设置于所述机器人本体外部；所述图像采集模块、语音识别模块、显示模块、发声模块、舵机模块和驱动装置电联接；所述主控模块，用于根据接收的各种指令信息控制对应模块执行指定操作；所述图形采集模块，用于采集用户人脸图像信息和使用环境图像信息；所述语音识别模块，用于采集语音信息；所述发声模块，用于机器人本体向使用区域内发声；所述存储模块，用于存储陪护信息。

所述控制系统还包括：无线网络通讯模块和移动终端；所述无线网络通讯模块，用于向移动终端或网关传输信息；所述移动终端，用于获取网关或机器人本体的信息，并远程控制机器人本体。使得所述儿童陪护机器人的使用和控制方式更加多样化，使用更加便捷，人机交互体验更好。

所述主控模块由stm32f103主控芯片和树莓派单片机组成，所述图像采集模块为摄像头，显示模块为点阵显示器。所述stm32f103主控芯片应用在电机控制环境下，具有更好的抗干扰特点，所述儿童陪护机器人的控制方式多样化，干扰信号更多，因此应用该主控芯片可以保证所述儿童陪护机器人的精准运行；所述摄像头插合安装连接至树莓派单片机上，并使用专门为树莓派单片机设计的csi接口连接；草莓派单片机可以与无线网络通讯模块实现快速通讯；草莓派单片机和所述摄像头配合应用，也具有人脸识别、图像识别和图像追踪功能。所述点阵数码显示器能够完成多种有趣生动的仿人表情，为儿童陪护机器人添加了生动形象的表情。

所述摄像头包括第一视角摄像头和全景摄像头；所述第一视角摄像头设置于所述机器人本体；所述全景摄像头设置于所述机器人使用区域内。所述第一视角摄像头可实时采集所述儿童陪护机器人的第一视角的图像信息，所述全景摄像头可实时采集所述儿童陪护机器人使用区域内包括陪护儿童的在内的全景图像信息，让所述儿童陪护机器人采集和被查询的图像信息更加全面，用户在外也可以清楚知道被陪护儿童的生活细节和全景情况；同时所述儿童陪护机器人可以根据所述全景摄像头得知自身的具体位置，可以及时调整移动路径，用户也可以在全景图像中实时规划所述儿童陪护机器人的移动路径，从而使得所述儿童陪护机器人的移动情况是可以精准控制的。

应用如上所述的儿童陪护机器人的陪护控制方法中，其包括如下内容：

a.通过图像采集模块采集用户面部图像信息，并对应匹配不同用户身份信息；

b.通过语音识别模块采集用户语音信息，并对应匹配不同用户身份信息；

d.为不同身份信息匹配陪护模式，并根据用户身份信息不同设定陪护模式的使用优先等级；

e.开启机器人本体和控制系统电源，控制系统根据初始设置进入初始陪护模式；

f.主控模块利用语音识别模块和图像采集模块采集机器人本体使用区域内用户身份信息和陪护模式的使用等级切换至指定的陪护模式；

g.图像采集模块实时采集用户面部图像信息，语音识别模块实时采集用户语音信息，机器人本体根据图像信息或语音信息移动，发生模块根据图像信息或语音信息发声，显示模块根据图像信息或语音信息显示图像。

所述陪护控制方法根据用户使用优先等级和用户身份信息，每次开机后可以让所述儿童陪护机器人自动选择合适的陪护模式，与此同时用户也可以随时根据自身需要切换陪护模式；所述儿童陪护机器人能利用所述语音识别模块和图像采集模块实时采集用户的语音信息和图像信息，从而识别出用户的指令，进而进行对应的交互操作。

所述步骤e-g中任意控制阶段，还包括远程控制步骤：用户通过无线网络通讯模块利用移动终端对儿童陪护机器人进行控制操作，所述控制操作内容包括：切换陪护模式，采集或播放语音信息，语音或视频通讯，采集或显示图像信息，实时移动机器人本体。所述陪护控制方法还能让所述儿童陪护机器人利用无线网络通讯模块完成各种交互操作，也能让所述儿童陪护机器人根据用户指令信息主动调取网络学习资源，用户也可以随时对这些调取的网络资源的范围进行筛选和范围设定，可以让儿童接触的网络资源更加健康有利于儿童的成长和教育。

所述步骤g之后还有上传备份陪护信息的步骤：1)无线网络模块定时调取与网关交互联网信息，检测判断所述移动终端是否在局域网；2)当检测判断出所述移动终端在局域网内，存储模块将陪护信息储存在本地；当检测判断出所述移动终端不在局域网内，且网关与云端服务器的网络联接，无线网络模块将陪护信息上传至云端服务器；当检测判断出所述移动终端不在局域网内，且网关与云端服务器的网络断开，无线网络模块将陪护信息储存在本地存储模块内，待网关与云端服务器的网络重新联接，无线网络模块将陪护信息上传至云端服务器。所述陪护控制方法通过上述步骤，可以充分保证所述儿童陪护机器人的陪护信息全面被记录下来，用户不管在外出还是断网的情况下，都能及时查询到各个时段的陪护信息，让所述儿童陪护机器人的陪护是可以实时监督且可控的。

所述陪护信息包括在陪护模式中按照设定时间录制的图像、视频和/或语音信息，所述设定时间用户可直接在所述显示模块中控制界面设置，或通过所述移动终端远程设置。用户随时可以选择不同的方式，实时查询陪护信息或根据陪护信息及时控制所述儿童陪护机器人的陪护操作和移动路径，让所述儿童陪护机器人的使用和控制更加便捷。

本发明提出一种儿童陪护机器人及其陪护控制方法，所述儿童陪护机器人通过手机等移动终端控制或语音控制或显示面板直接控制，进行人机和网络数据交互，所述儿童陪护机器人设置的图像采集模块可进行人脸识别确认用户身份的，又可以采集相关图像信息便于用户查询和管理。所述儿童陪护机器人使用由stm32f103芯片和树莓派单片机作为核心的主控模块，与多个舵机模块以及显示模块组成基本模块，利用实现串口通信，在发出指令后，机器开始响应，舵机在串口命令下进行灵活运动带动机器人实现移动；所述儿童陪护机器人的硬件结构上具有成本低，设置简单方便的特点，在使用控制上具有响应速度快，移动精准，信息查询方便且全面，人机交互控制方式多样，使用体验更好。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的控制系统组成框图；

图2是本发明的一个实施例的控制系统的硬件连接关系示意框图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1和2所示，一种儿童陪护机器人，其包括：机器人本体和控制系统；所述控制系统包括：主控模块、图像采集模块、语音识别模块、显示模块、存储模块、发声模块和舵机模块；所述机器人本体底部设有移动装置；所述移动装置包括滚轮和驱动滚轮转动的驱动装置；所述舵机模块设置于所述移动装置内；所述显示模块设置于所述机器人本体外部；所述图像采集模块、语音识别模块、显示模块、发声模块、舵机模块和驱动装置电联接；所述主控模块，用于根据接收的各种指令信息控制对应模块执行指定操作；所述图形采集模块，用于采集用户人脸图像信息和使用环境图像信息；所述语音识别模块，用于采集语音信息；所述发声模块，用于机器人本体向使用区域内发声；所述存储模块，用于存储陪护信息。

所述控制系统还包括：无线网络通讯模块和移动终端；所述无线网络通讯模块，用于向移动终端或网关传输信息；所述移动终端，用于获取网关或机器人本体的信息，并远程控制机器人本体。

所述主控模块由stm32f103主控芯片和树莓派单片机组成，所述图像采集模块为摄像头，显示模块为点阵显示器。具体的，stm32f系列主控芯片属于中低端的32位arm微控制器，该系列芯片是意法半导体(st)公司出品，其内核是cortex-m3。stm32f103zet6是一种嵌入式-微控制器的集成电路(ic)，是由st公司开发的stm32f1系列的其中一种，芯体尺寸是32位，速度是72mhz，程序存储器容量是256kb，程序存储器类型是flash，ram容量是48k。具体的，所述摄像头为raspberrypicamerav2摄像头，其是树莓派单片机匹配度更高的摄像头板，采用高质量8百万像素索尼imx219传感器扩展板，拥有定焦镜头，可以捕捉3280x2464像素静态图片和30fps1080p的视频，也支持1080p30,720p60and640x480p60/90摄像功能。具体的，所述点阵显示器选用8*8的点阵数码管，采用max7219进行驱动，max7219是美国maxim公司推出的多位led显示驱动器，采用3线串行接口传送数据，可直接与单片机接口，用户能方便修改其内部参数，以实现多位led显示，它内含硬件动态扫描电路、bcd译码器、段驱动器和位驱动器。此外，其内部还含有8x8位静态ram,用于存放8个数字的显示数据。显然，它可直接驱动64段led点阵显示器。当多片max7219级联时，可控制更多的led点阵显示器，显示的数据通过单片机数据处理后，送给max7219显示。具体的，所述语音采集模块为isd1820模块，其由美国isd公司于2001年最新推出一种单片8～20秒单段语音录放电路isd1820，它的基本结构与isd1110、1420完全相同，采用cmos技术，内含振荡器，话筒前置放大，自动增益控制，防混淆滤波器，扬声器驱动及flash阵列。

所述摄像头包括第一视角摄像头和全景摄像头；所述第一视角摄像头设置于所述机器人本体；所述全景摄像头设置于所述机器人使用区域内。

应用如上所述的儿童陪护机器人的陪护控制方法中，其包括如下内容：

a.通过图像采集模块采集用户面部图像信息，并对应匹配不同用户身份信息；

b.通过语音识别模块采集用户语音信息，并对应匹配不同用户身份信息；

d.为不同身份信息匹配陪护模式，并根据用户身份信息不同设定陪护模式的使用优先等级；

e.开启机器人本体和控制系统电源，控制系统根据初始设置进入初始陪护模式；

f.主控模块利用语音识别模块和图像采集模块采集机器人本体使用区域内用户身份信息和陪护模式的使用等级切换至指定的陪护模式；

g.图像采集模块实时采集用户面部图像信息，语音识别模块实时采集用户语音信息，机器人本体根据图像信息或语音信息移动，发生模块根据图像信息或语音信息发声，显示模块根据图像信息或语音信息显示图像。

所述步骤e-g中任意控制阶段，还包括远程控制步骤：用户通过无线网络通讯模块利用移动终端对儿童陪护机器人进行控制操作，所述控制操作内容包括：切换陪护模式，采集或播放语音信息，语音或视频通讯，采集或显示图像信息，实时移动机器人本体。

所述步骤g之后还有上传备份陪护信息的步骤：

1)无线网络模块定时调取与网关交互联网信息，检测判断所述移动终端是否在局域网；

2)当检测判断出所述移动终端在局域网内，存储模块将陪护信息储存在本地；当检测判断出所述移动终端不在局域网内，且网关与云端服务器的网络联接，无线网络模块将陪护信息上传至云端服务器；当检测判断出所述移动终端不在局域网内，且网关与云端服务器的网络断开，无线网络模块将陪护信息储存在本地存储模块内，待网关与云端服务器的网络重新联接，无线网络模块将陪护信息上传至云端服务器。

所述陪护信息包括在陪护模式中按照设定时间录制的图像、视频和/或语音信息，所述设定时间用户可直接在所述显示模块中控制界面设置，或通过所述移动终端远程设置。

本发明提出一种儿童陪护机器人及其陪护控制方法，所述儿童陪护机器人通过手机等移动终端控制或语音控制或显示面板直接控制，进行人机和网络数据交互，所述儿童陪护机器人设置的图像采集模块可进行人脸识别确认用户身份的，又可以采集相关图像信息便于用户查询和管理。所述儿童陪护机器人使用由stm32f103芯片和树莓派单片机作为核心的主控模块，与多个舵机模块以及显示模块组成基本模块，利用实现串口通信，在发出指令后，机器开始响应，舵机在串口命令下进行灵活运动带动机器人实现移动；所述儿童陪护机器人的硬件结构上具有成本低，设置简单方便的特点，在使用控制上具有响应速度快，移动精准，信息查询方便且全面，人机交互控制方式多样，使用体验更好。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。