一种家庭监护型智能机器人

1.本发明属于物联网技术和嵌入式技术领域，涉及一种家庭监护型智能机器人。


背景技术：

2.老年人口逐年增加，如何实现对老人的智能看护在当下显得尤为重要。而劳动力成本增加以及医院等特殊场合面临被交叉感染的风险等原因也导致老年人的护理问题不能被完全解决。
3.现代智能机器人利用计算机技术及物联网技术，大幅度提高监护老年人的安全性，降低看护成本，从而解放大量劳动力。监护机器人工作过程中，需要实时检测老人的体温等生理特征，并定时提醒老人服药等。但受限于当前机器人技术硬件的原因，现有机器人技术具有监测延时的弊端，较难实现远程监控，使得使用者不能时刻检测到老人的生理状态，使得老人的安全性无法得到保障，亦或因为成本较高、使用条件过高，不便于普及。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种家庭监护型智能机器人，从而有效解决现有的机器人无法有效对被监护者进行远程监护的技术问题。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种家庭监护型智能机器人，包括机器人本体，所述机器人本体上设置有上位机、下位机、音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块、温湿度采集模块以及电源模块；体温识别模块远程通讯连接设置有体温测量装置；
7.所述上位机与下位机双向通讯连接设置；
8.所述下位机分别与音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块以及温湿度采集模块通讯连接；
9.所述电源模块分别与上位机、下位机、音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块、温湿度采集模块电连接设置。
10.优选的，所述音频识别与发送单元包括通讯连接设置的扬声装置和语音采集模块；所述语音采集模块与下位机以及上位机均通信连接设置。
11.优选的，所述图像识别与发送单元包括通讯连接设置的摄像头和图像识别模块；所述图像识别模块与上位机通讯连接设置。
12.优选的，所述下位机与语音采集模块以及图像识别模块均通过usb接口通讯连接。
13.优选的，所述机器人本体上还活动设置有支架，所述摄像头设置在支架上。
14.优选的，所述本体上还设置有按键模块，所述按键模块与音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块以及温湿度采集模块均通讯连接设置。
15.优选的，所述体温测量装置为手环。
16.优选的，所述机器人本体上还设置有状态指示模块，所述状态指示模块与所述上位机、下位机、音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块、温湿度采集模块
以及电源模块均通讯连接设置。
17.优选的，所述机器人本体的底部还设置有若干智能控制滚轮。
18.优选的，所述机器人本体上设置有移动控制模块；所述移动控制模块与上位机以及下位机均通讯连接设置，所述移动控制模块与若干滚轮均电连接设置。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.一种家庭监护型智能机器人，其中上位机可以实现与远程操控装置的通讯连接，有效实现了监护者对于被监护人的监护过程，上位机与下位机双向通讯连接设置，即实现了监护者将其需求下传给下位机，并获取来自下位机的反馈，同时也实现了被监护者将需求信息通过下位机上传给上位机，并将该需求反馈给监护者，有效实现了远程状态下监护者与被监护者的双向交互。音频识别与发送单元的设置，使得监护者的相应语音指令可以通过上位机传输给下位机，并通过音频识别与发送单元传输给被监护者，同时被监护者的相应需求也可以通过音频识别与发送单元传输给上位机，并通过上位机传输给监护者，实现了远程状态下监护者与被监护者的双向交互。图像识别与发送单元可将拍摄到的图像上传至上位机，并通过上位机发送给监护者，使得监护者对被监护者的状态进行有效监护；体温识别模块以及体温测量装置有效实现了机器人对于被监护者体温的有效监测，保证被监护者的健康状况；温湿度采集模块有效实现了对被监护者活动环境的温湿度采集反馈与控制，保证了被监护者的生活适宜度。该机器人有效解决被监护人的看护问题，从而在家里进行被监护人的相关数据采集，并让监护者能够实时知晓被监护者的状况，时刻保证被监护者的安全。
21.进一步的，音频识别与发送单元包括扬声装置和语音采集模块；语音采集模块与扬声装置配合使用有效实现了将监护人的指令传输给监护者，同时语音采集模块可单独工作，将被监护者的需求指令通过上位机传输给被监护者，有效实现了监护者与被监护者之间的双向交互。
22.进一步的，图像识别与发送单元包括通讯连接设置的摄像头和图像识别模块，在解决监护者对于被监护者监护的同时，有效降低了机器人的开发成本。
23.进一步的，下位机与语音采集模块以及图像识别模块均通过usb接口通讯连接，使得下位机与语音采集模块以及图像识别模块的通讯连接更加稳固便捷。
24.进一步的，摄像头设置在与机器人本体活动连接设置的支架上，一方面便于摄像头的安装，同时活动连接设置的支架可以实现不同角度图像的拍摄。
25.进一步的，按键模块的设置，使得该机器人除了可以实现语音控制之外，还可以实现手动操作控制，有效提高了该机器人的可操作性。
26.进一步的，体温测量装置为手环，通过简单便捷的方式实现了对被监护者体温的测量监控。
27.进一步的，状态指示模块的设置便于监护者与被监护者直观判断机器人的运行是否正常。
28.进一步的，滚轮的设置使得该机器人的移动更加便捷。
29.进一步的，移动控制模块的设置，使得该机器人的移动更加智能化，同时也可以远程使得机器人进行移动，该机器人的功能更加强大。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1为本发明中一种家庭监护型智能机器人的结构示意图。
32.其中：1、滚轮，2、机器人本体，3、扬声装置，4、移动控制模块，5、下位机，6、语音采集模块，7、摄像头，8、图像识别模块，9、体温识别模块，10、支架，11、电源模块，12、状态指示模块，13、按键模块，14、上位机，15、温湿度采集模块。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
38.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
40.如图1所示，一种家庭监护型智能机器人，包括机器人本体2，机器人本体2上设置有上位机14、下位机5、音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块9、温湿度采集模块15以及电源模块11；体温识别模块9远程通讯连接设置有体温测量装置；上位机与下位机5双向通讯连接设置，进一步的，上位机与下位机之间可通过无线传输装置实现双向
通讯，进一步的，上位机与下位机之间可通过wifi模块相连接，通过wifi模块可将用户的需求由下位机5传向上位机14，也可由上位机14对下位机5中的设备功能进行设置，方便设备的增添和替换；上位机14与各终端模块之间通过wifi模块传输数据，与app终端通过共用一个后台服务调用数据库信息。上位机通过无线传输连接电脑，下位机通过有线usb与终端模块连接。下位机5分别与音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块9以及温湿度采集模块15通讯连接；电源模块11分别与上位机14、下位机5、音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块9、温湿度采集模块15电连接设置。该智能机器人的上位机可以实现与远程操控装置的通讯连接，有效实现了监护者对于被监护人的监护过程，上位机与下位机双向通讯连接设置，即实现了监护者将其需求下传给下位机，并获取来自下位机的反馈，同时也实现了被监护者将需求信息通过下位机上传给上位机，并将该需求反馈给监护者，有效实现了远程状态下监护者与被监护者的双向交互。音频识别与发送单元的设置，使得监护者的相应语音指令可以通过上位机传输给下位机，并通过音频识别与发送单元传输给被监护者，同时被监护者的相应需求也可以通过音频识别与发送单元传输给上位机，并通过上位机传输给监护者，实现了远程状态下监护者与被监护者的双向交互。图像识别与发送单元可将拍摄到的图像上传至上位机，并通过上位机发送给监护者，使得监护者对被监护者的状态进行有效监护；体温识别模块以及体温测量装置有效实现了机器人对于被监护者体温的有效监测，保证被监护者的健康状况；温湿度采集模块有效实现了对被监护者活动环境的温湿度采集反馈与控制，保证了被监护者的生活适宜度。该机器人有效解决被监护人的看护问题，从而在家里进行被监护人的相关数据采集，并让监护者能够实时知晓被监护者的状况，时刻保证被监护者的安全。其中，音频识别与发送单元包括通讯连接设置的扬声装置3和语音采集模块6；语音采集模块6与下位机5以及上位机14均通信连接设置。语音采集模块6采用unilite芯片。语音采集模块与扬声装置配合使用有效实现了将监护人的指令传输给监护者，同时语音采集模块可单独工作，将被监护者的需求指令通过上位机传输给被监护者，有效实现了监护者与被监护者之间的双向交互。图像识别与发送单元包括通讯连接设置的摄像头7和图像识别模块8；图像识别模块8与上位机14通讯连接设置。下位机5与语音采集模块6以及图像识别模块8均通过usb接口通讯连接，使得下位机与语音采集模块以及图像识别模块的通讯连接更加稳固便捷。机器人本体2上还活动设置有支架10，所述摄像头7设置在支架10上，一方面便于摄像头的安装，同时活动连接设置的支架可以实现不同角度图像的拍摄。支架10通过铰链与机器人本体2连接。机器人本体2上还设置有按键模块13，按键模块13与音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块9以及温湿度采集模块15均通讯连接设置。按键模块13的设置，使得该机器人除了可以实现语音控制之外，还可以实现手动操作控制，有效提高了该机器人的可操作性。体温测量装置为手环，手环可连接上互联网，实时反映老人体温情况。机器人本体2上还设置有状态指示模块12，状态指示模块12与上位机14、下位机5、音频识别与发送单元、图像识别与发送单元、体温识别模块9、温湿度采集模块15以及电源模块11均通讯连接设置。该状态指示模块的设置便于监护者与被监护者直观判断机器人的运行是否正常，使得机器人对于被监护者的监护更可靠有效。机器人本体2的底部还设置有若干智能控制滚轮1，可通过现有的程序通过命令进行轮子的控制，包括速度、方向等。机器人本体2上设置有移动控制模块4；移动控制模块4与上位机14以及下位机5均通讯连接设置，移动控制模块4与若干滚轮1均电
连接设置，移动控制模块的设置，使得该机器人的移动更加智能化，同时也可以远程使得机器人进行移动，该机器人的功能更加强大。
41.为了实现对温度高精度,高速度的采集及降低设计成本,设计了一种简单可行的温度采集模块.传感器输出原始信号的幅度很微弱,采用cortex-m3处理器高精度运算放大器组成了信号调理电路,实现了对温度传感器输出电压的放大.此外,为了使单片机能对采集的温度信息进行有效地处理,使用tlc1543模数转换芯片实现了从模拟信号到数字信号的高速转换.实践证明,在at89c52单片机的控制处理下,此温度采集模块能够稳定有效地进行温度的采集,测量误差小.
42.在温湿度采集模块中，采用dht11传感器。采用i2c接口模式，电路连接简单，数据传输与采集很便捷。其次该传感器湿度转换精度高，可以精准检测老人周围环境的温度湿度情况，可以实时输出当前环境温度和湿度数据。
43.语音采集模块6以stm32为核心，运用dtw为识别算法实现了对孤立词语的识别。stm32f103开发板基于cortex-m3处理器,内置2个12位模数转换器,2个dma控制器,共12个dma通道,语音采集系统6采用ld3320a芯片，与下位机5相连接,其可以满足本系统中的语音处理需求。
44.对于本技术中的无线传输，采用wifi模块建立无线局域网络进行数据传输，并搭建无线传感器网络，在传感器与观察者之间建立通信路由。ieee802.11b无线网络规范是ieee 802.11网络规范的变种，最高带宽为11mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。因此可在保证短距离信号传输强度的同时实现远距离的无线数据传输，由数据传输还可以扩展到语音传输，而且可以达到实时传输。采用wifi技术与无线传感器网络后，用无线接口来代替有线电缆连接，使得智能生活监护机器人的建设成本更低，管理、使用更方便。下位机2主要由以stm32处理器为核心的硬件平台，系统内置可充电蓄电池，支持外部5v输出的手机充电宝供电，提供5v、3.3v两种电压输出方便硬件的扩展。本发明的工作过程如下：上位机14与下位机5通过wifi模块相连接，通过wifi模块可将用户的需求由下位机5传向上位机14，也可由上位机14对下位机5中的设备功能进行设置，方便设备的增添和替换；上位机14与终端模块之间通过wifi模块传输数据，与app终端通过共用一个后台服务调用数据库信息。按键模块13可以调控图像识别系统，控制是否将摄像头中的记录通过串口进行传输。
45.本发明中上位机14包括pc端或手机，上位机14可以采用wifi模块连接通用个人计算机或移动设备，其中wifi模块购买于淘宝的esp8266型号；下位机5部件购买于淘宝的stm32f4型号；扬声装置3购买于淘宝的8欧姆0.5瓦40mm喇叭型号；语音采集模块6包括文字转语音模块以及语音识别模块，其中文字转语音模块部件购买于淘宝的syn6288型号，其中语音识别模块部件购买于淘宝的ld3320型号；摄像头7购买于淘宝的ov7725摄像头型号；图像识别模块8购买于淘宝的openmv4 h7智能摄像头模块python编程，然后与32主控端串口通信型号；温湿度采集模块15购买于淘宝的dht11型号；电源模块11购买于淘宝的l298n电机驱动板直流电机锂电池v型号；手环模块，其中智能手环模块购买于淘宝的s8 ultra智能老人手环。
46.在本发明中上位机的输入端口用于接收老人生理数据及周边环境数据，上位机的输出端口用于发出监测老人生理数据的指令；语音采集系统通过下位机的i/o口与扬声器装置连接用于实现对环境声音的收集及对老人的语音提示。下位机内置蓝牙收发模块，上位机将usb转串口模块与蓝牙收发模块连接组成上位机收发装置。图像识别系统与下位机采用usb数据线进行点对点的连接用于对环境信息的收集以实现图像识别。体温识别系统与下位机之间采用usb数据线进行点对点的连接用于对老人体温的检测。电源系统分别与上位机，下位机，语音采集系统，图像识别系统，体温识别系统，扬声装置连接，用于为上位机，下位机，语音采集系统，图像识别系统，体温识别系统，功放扬声装置供电。扬声器装置与语音交互系统之间设置有cs4399型da转换芯片。音频采集装置与语音交互系统之间设置有hx711型ad转换芯片。语音采集系统和下位机设置在机器人本体上，机器人本体上设置有电源接口和按键、机器人本体下部还设置有智能滚轮。状态指示模块可以为状态指示灯，状态指示灯包括多个颜色的led灯，每个led灯通过有线与机器人本体连接，每个led灯均与下位机5连接，以保证用户能准确知道系统的工作状态。
47.本发明中一种家庭监护型智能机器人的使用方法，包括如下步骤：
48.第一步：将电源模块11分别与上位机14，上位机14，音频识别与发送单元，图像识别与发送单元，体温识别模块9连接，用于为上位机14，上位机14，音频识别与发送单元，图像识别与发送单元，体温识别模块9进行供电。
49.第二步：通过上位机14将既有的程序导入下位机5，下位机5通过语音采集模块6控制扬声装置3，由扬声装置3在某时刻语音提醒被监护人进行正常的生理行为。
50.第三步：当被监护人按下按键模块13，处于休眠状态的语音采集模块6激活，被监护人说出特定语音指令，通过语音采集模块6处理后，信号传递至上位机14，上位机14控制硬件进行反馈。
51.一种家庭监护型智能机器人，通过上位机既定的程序加载进下位机5中，下位机5控制语音采集系统进行语音交互与采集，当被监护人喊出特定口令时，通过模块的语音识别，将信号传送至上位机14中，上位机14根据老人所说口令，进行反馈操作，并亮起状态指示模块12中的对应指示信号灯。当用户可在上位机14中设置指定时间获取家中不同位置情况，下位机5会通过不同指令进行反馈，定时开启图像识别模块8，上传对应位置图片。当用户在终端处进行实时控制时，机器人会根据指令，做出相应的判断。先由用户通过电源模块11为下位机5充电，也可以直接使用5v手机充电器或使用充电宝供电，再打开电源触控开关，系统启动；在用户设置的特定时刻，下位机5会语音采集模块6进行语言处理，并通过扬声装置3播放出特定的语音提示。当用户按下按键模块13时，处于休眠状态的语音采集模块6激活，并实时采集用户特定指令后进行语言处理，然后上传给下位机5做出硬件动作；由摄像头7生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过a/d模数转换转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片dsp中加工处理，再通过usb接口传输到图像识别模块8中处理，通过识别被监护者的面部表情来判断老人的身体以及心理健康状况，再根据判断结果做出不同的反馈。
52.本发明采用智能小车(即机器人本体2)作为基建，能够进行操控移动，搭载高清摄像头，能够实时进行人物识别，基于物联网，可通过云服务器wifi进行远程连接，远程基于手机app进行实时监控，可通过语音模式进行控制相应功能，将小车信息捕获信息放到云服
务器中，通过对云服务器中的信息进行反馈小车。
53.本发明提出的基于物联网的轻携版家庭监护型机器人，该轻携版家庭监护型智能机器人设置有上位机，下位机与语音采集系统，同时下位机与语音采集系统搭配按键进行交互，上位机与下位机通过局域网搭建。该机器人的上位机的输入与输出端口不仅能接收被监护对象的生理数据与体态数据，同时还能发出有利于改善被监护对象当前状态的合理指令；将摄像头模块与该机器人上位机相连实现对被监护对象体态数据的检测与分析，保证被监护对象处于异常体态下的及时提示与纠正；将体温识别模块与上位机相连实现对被监护对象生理指标的检测与分析，实现对被监护对象各生理指标的采集，保证发生异常情况时实现及时处理；将语音采集系统与上位机相连，可通过采集被监护对象的简单语音指令加以分析，并对下位机下达对应的指令以满足被监护对象的需求；将上位机，摄像头模块，体温识别模块，语音采集模块分别与电源模块相连，通过对该轻携版家庭监护型机器人设置电源模块，能够为上位机，摄像头模块，体温识别模块和语音采集模块提供电能，保证该轻携版家庭监护型机器人能够正常运行。本发明提出的轻携版家庭监护型智能机器人能够对被监护对象提供实时的监护，有利于解决当前社会老年人缺乏看护的问题，而且体积小，便于携带，可适用于多种情况下的监护需求，便于推广。各个检测模块与下位机数据采集平台之间通过usb插口建立点对点连接，当其中一个检测模块发生故障时不会影响整个系统的运行，同时采用usb无线传输装置将下位机与上位机的进行无线互联，无需布线，即用即插，使得连接的构建简单、快捷，不受地形限制使整个系统的环境适应性增强。语音交互系统作为系统的核心部分，可在按键按下时使下位机及整个系统工作，无人时使下位机休眠，这样不但节省了能源还增加下位机的待机时间。系统的可扩展性好，无论是语音提示或者语音交互均可针对不同使用者需求进行功能扩展；下位机留有可设置的扩展接口方便添加硬件对系统进行扩展，具有升级接口可进行系统升级。系统内置电源可采用常见输出5v的手机充电器充电进行直接供电，也支持移动电源充电，同时提供对外5v和3.3v电压输出使其能适用各种复杂场合。
54.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。