专利名称:迎宾机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的迎宾机器人系统，主要应用于酒店迎宾业务领域，并且在 酒店服务和其他服务行业有着广泛的应用前景。
背景技术：
传统的酒店迎宾方式是酒店门口站有服务人员，由服务人员引领客人入座。人力 资源日益宝贵的今天，采用机器人迎宾方式，将机器人语音识别、人脸识别，机器人引路和 酒店信息可视化等结合为一体，实现自主服务，可以提高酒店的知名度，提升酒店档次。机 器人迎宾更加受到小朋友的喜爱，能给酒店带来不可估量的经济效益。公开号CN 1730247A 公布了一种模特机器人，该机器人主要是由语音电路和驱动控制电路组成，功能比较单一。 公开号CN101450260公布了一种迎宾机器人，公开了一种具有语音播放、引路、助残的机器 人。但是该机器人的人机交互能力并不完善，只具有简单播放语音和引路的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的迎宾机器人系统。机器人采用开放 式硬件/软件架构，模块化设计方式，支持无线远程控制与信息传输，可实现路径规划、自 主导航、人脸识别与跟踪、人机对话(包括语音识别和语音合成)；当客人需要等待的时候， 可以通过远程交互平台进行菜单查看和点菜。该系统结构清晰，功能全面，具备很好的互动 性和趣味性，能够提高酒店的知名度，为酒店带来经济效益。
本发明通过以下技术方案实现发明目的
一种迎宾机器人系统，包括机器人载体和远程交互平台，两者通过无线网络通信，所述 机器人载体包括主控模块、人机交互模块、无线通讯模块、运动模块、电源模块和传感器模 块；所述主控模块分别与所述人机交互模块、无线通讯模块、运动模块、传感器模块和电源 模块连接；远程交互平台分别设置在收银台和厨房，用于显示客人的需求信息。
所述的机器人载体的主控模块包括内嵌式工控机和数据采集卡，内嵌式工控机用 于对数据采集卡获得的信息分析处理并对其他模块进行协调控制；数据采集卡用于采集和 存储外部信息、感知信息和系统内部模块产生的信息。
所述的人机交互模块包括LCD显示模块和触摸屏模块，LCD显示模块用于显示系 统菜单，触摸屏模块用于手动输入客人需求信息；所述的无线通讯模块通过机器人载体内 置的无线网卡，使用无线网络与远程交互平台通信。
所述的运动模块包括直流伺服电机、电机驱动器、运动控制卡、编码器、齿轮箱、驱 动轮，编码器作为直流伺服电机运动控制的反馈信号，其信号通过电机驱动器及转接部分 转接输入运动控制卡进行处理，运动控制卡用于对电机驱动器进行控制，齿轮箱通过电机 驱动器分别与直流伺服电机、驱动轮连接。
所述的传感器模块包括声纳传感器和PSD红外传感器，声纳传感器通过声纳技术 测定机器人周围障碍物的距离，PSD红外传感器用于目标距离测量和位置测量，可以精确定
3位目标位置，实现目标跟踪的功能。
所述的电源模块包括主电源和备用电源，提供5V，12V和MV电压，备用电源在主 电源断电后自动启动，主电源恢复供电以后对备用电源进行充电。
远程交互平台是若干台安装有客户端程序的笔记本，分别安置在收银台和厨房。 交互平台通过无线网络与机器人载体进行通信。当客人通过机器人载体进行点菜时，点菜 信息通过无线网络传输到远程交互平台。厨师可以通过远程交互平台查看点菜信息，进行 配菜和烹饪。收银员也可以通过远程交互平台收银。
迎宾机器人系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括机器人载体和远程交 互平台，系统的软件部分由人脸识别模块、语音识别模块组成。主程序模块实现机器人的全 面控制功能，并调用语音模块和人脸识别模块进行人机交互。语音模块包括语音合成和语 音识别功能。语音模块使用语音合成功能将文本转换为音频信号，使机器人能发出语音；语 音模块使用语音识别功能将接收到的语音信号转换成文本系统，便于系统对用户声音指令 进行识别和处理。人脸识别模块通过摄像头采集人脸信息，分析和比较人脸视觉特征信息， 对客人身份进行鉴别。
有益效果
本发明公开了一种迎宾机器人系统。本机器人具有人脸识别功能，可以识别新老客户。 机器人有强大的自主避障功能，可以为客人导航。机器人具有人机对话功能，可以和用户进 行人机对话。此外用户还可以通过机器人上安置的LCD和触摸屏查阅菜单信息和自主点 菜，点菜信息通过远程交互平台发送到厨房和收银台，实现无线点菜功能。本发明提供了一 种新型迎宾方式，具有趣味性、互动性和科技含量，为酒店增加个性化色彩，带来更好的的 经济利益。
图1为迎宾机器人系统框图 图2为迎宾机器人功能模块图； 图3为迎宾机器人正面结构图
图4为迎宾机器人背后剖面图
图中标号为远程交互平台1 ；无线路由器2 ；机器人载体3 ；摄像头4 ；内置麦克风5 ； IXD显示模块6 ；触摸屏模块7 ；声纳传感器8 ；PSD红外传感器9 ；天线10 ；蓄电池11 ；外接 电源接口 12 ；驱动轮13 ；数据采集卡14 ；电源模块15 ；无线通讯模块16 ；内嵌式工控机17 ； 运动模块18。
具体实施方式
迎宾机器人系统硬件部分包括机器人载体3和远程交互平台1。机器人载体3和 远程交互平台1通过无线路由2进行通信。机器人载体3安置在酒店门口用于迎宾，远程 交互平台1安置在收银台和厨房用于显示客人点菜信息。[0017]机器人载体3主要包括控制模块(由内嵌式工控机17和数据采集卡16组成)，人 机交互模块(由IXD显示模块6和触摸屏模块7组成)，运动模块18、无线通信模块16、电源 模块15和传感器模块(包含声纳传感器8和PSD红外传感器9)，控制模块与其它各个模块 相连，对其它模块进行控制。
控制模块由内嵌式工控机17和数据采集卡16组成，内嵌式工控机17采用研华 IPC-610型内嵌式工控机17，集成了 CPU、内存、硬盘、串口、并口、AD/DA、I/O、PCI、网络、 VGA和8路USB 2. 0接口等，采用了标准的数据总线与载体其它模块或者外接模块进行数据 通讯，并可以根据需要增加和减少系统功能，符合标准的设备都可以在机器人载体上扩展 使用。数据采集卡16采用PCI-1716L研华数据采集卡16，它带有一个16位A/D转换器。 PCI-1716可以提供16路单端模拟量输入或8路差分模拟量输入，也可以组合输入。它带 有2个16位D/A输出通道，16位数字量输入/输出通道和1个10HMS16位计数器通道。数 据采集卡用于采集和存储外部信息、感知信息和系统内部模块产生的信息。
人机交互模块包括IXD显示模块6和触摸屏模块7。IXD显示模块6置于机器人 载体3的正前方中间位置，通过相应标准接口与内嵌式工控机及数据采集卡16通讯连接， 本发明采用夏普12寸IXD显示屏，用于显示菜单信息、酒店介绍和趣味笑话等。触摸屏模 块7是置于IXD显示屏上的一层薄膜，可以用来查看或输入文字和命令，操作方便灵活。客 人可以通过IXD显示屏显示查看菜单，通过触摸屏模块7点菜和查看自己感兴趣的内容。
运动模块18包含两个直流伺服电机、电机驱动器、运动控制卡、编码器、两个齿轮 箱以及两个驱动轮13。运动控制卡是动力模块的核心，使用PWM信号作为电机驱动器的控 制信号。运动模块18通过调节PWM信号的不同占空比来调节机器人载体的速度。运动控 制卡的DI/D0输出信号作为电机驱动器的方向及使能信号。编码器的信号通过电机驱动器 及转接板转接，输入到运动控制卡中进行处理；编码器可以作为伺服运动控制的反馈信号。 两个直流伺服电机分别与两个齿轮箱连接，两个齿轮箱分别与两个驱动轮13连接，驱动整 个机器人载体的运动；直流伺服电机加速性能高，电磁干扰小，可短时过载。机器人载体的 转弯主要通过两个电机的差动驱动来实现。
无线通信模块16使用无线网卡直接与内嵌式工控机17中一个USB接口相连，网 卡工作在2. 4GHZ的ISM频段，采用直接序列扩频通信方式，遵从802. Ilg协议，传输速度可 达54Mbps，室内有效距离为100m。
电源模块15采用外接电源接口 12和蓄电池11为机器人载体提供5V、12V和24V 电压。电源模块15将输入的电网电源通过变压器降压整流，获得24V和12V的电压。电源 模块15使用UC676开关电源得到+5V电压。在正常状态下由电网提供电力，当外来供电 中断时，蓄电池11继续为设备供电。当恢复供电以后，电源模块15会切换到电网供电，并 且为蓄电池11充电。蓄电池11采用采用MV，20AH的锂电池，可在充满电后运行2小时以 上。
传感器模块包含声纳传感器8、PSD红外传感器9。声纳传感器8和PSD红外 传感器9都安装在轮式车的顶层，即机器人载体的中下部，两种测距传感器可以互补。机器 人载体安装了 8个声纳传感器8，两两之间的夹角是45度，可以进行全方位测距。PSD红外 传感器9分辨率高、响应快，能够对位置、位移、角度等进行实时测量，可以实现机器人载体 的自动避障和准确定位。[0024]远程交互平台1是若干台安装有客户端程序的笔记本，分别安置在收银台和厨 房。远程交互平台1通过无线网络与机器人载体3进行通信。当客人通过机器人载体3进 行点菜时，点菜信息通过无线网络传输到远程交互平台1。厨师可以通过远程交互平台查看 点菜信息，进行配菜和烹饪。收银员也可以通过远程交互平台1收银。
机器人载体的软件模块包括语音识别模块、人脸识别模块。
语音模块采用科大讯飞的Interfhonic语音合成系统对输入语音信息进行语音 识别，并通过语音合成将语音库中匹配的文字信息实时转换成连续的语音，通过语音输出 装置输出。语音模块主要组件包括语音合成运行库，包含运行合成系统需要的资源、管理 工具和演示程序；语音合成开发包，包含开发需要的声明、接口文档和示例程序源码。语音 模块可以对知识问答，日常对话，语音控制等语音信息进行处理并做相应语音输出。通过内 置麦克风5采集语音信息，通过语音模块进行语音识别和语音合成，实现人机对话功能。
人脸识别模块通过安置在机器人载体帽子上的摄像头4采集客人图片，将客人图 片与内嵌式工控机17内部存储的图片进行特征点匹配，实现人脸识别功能。如果识别成功 则在系统数据库中找到该客人的对应信息，调用语音库和客人进行对话。否则将新客人的 图片存储进入图片库，通过语音模块询问客人姓名，为新客人建立相应档案。
机器人载体3的帽子上安置摄像头4，采集图像或视频。机器人载体3通过安装在 内嵌式工控机17上的人脸识别模块软件，实现人脸识别功能。内置麦克风5安置在机器人 载体3胸部上方，用于采集语音信息。机器人载体3通过安装在内嵌式工控机17上的语音 模块软件，实现语音识别和合成功能。IXD显示模块置于机器人载体3胸前，用于显示图像 和文本信息。触摸屏模块7是一层贴在LCD显示模块6上的薄膜，用于接受用户输入信息。 声纳传感器8和PSD红外传感器9置于机器人载体3的下方。机器人载体3 —共安装了 8 个声纳传感器8和8个PSD红外传感器9，声纳传感器8和PSD红外传感器9呈放射状交替 排列。机器人载体3通过声纳传感器8、PSD红外传感器9进行全方位测距，实现自主避障、 自动导航的功能。驱动轮13安置在机器人载体3的底部，用于驱动机器人载体3行走和转 向。电源模块15置于机器人载体3内部，包括蓄电池11和外接电源接口 12，蓄电池11和 外接电源接口 12置于机器人载体3背包内。天线10置于机器人载体3的背包上方，通过 无线通讯模块16实现机器人载体3和远程交互平台1的无线通信；运动模块18置于机器 人载体3内部，连接两个驱动轮18，用于控制机器人行走和转向；内嵌式工控机17置于机 器人载体3内部中间位置，用于协调与控制其它各个模块工作。
本发明的工作原理及工作过程。
工作原理本发明的迎宾机器人系统包括机器人载体和远程交互平台。机器人 载体包括人机交互模块、运动模块、主控模块、人机交互模块、无线通信模块。主控模块与其 它各个模块相连，统一协调其它各个模块工作。机器人载体和远程交互平台，通过无线通信 模块传送数据。机器人载体通过运动模块进行行走、避障和客人跟踪。人机交互模块具有 LCD功能、触摸功能、人脸识别和语音功能。客人可以通过LCD查看菜单，利用触摸屏进行点 菜，通过语音模块与机器人进行简单的人机对话。机器人载体通过外置的摄像头拍摄客人 照片与存储的照片进行特征点匹配识别客人。机器人载体通过红外传感器和声纳传感器， 可以实现自主避障功能和自主导航的功能。[0031] 工作过程在客人到来时，机器人通过摄像头采集客人的脸部信息，使用人脸识别 模块对客人脸部特征进行检索。若成功识别则代表此客人为老顾客，机器人读取该客人的 档案信息与其对话。如果第一次接触的新客人，机器人启动摄像头给新客人拍照并将照片 存储，同时通过语音模块与新客人对话。客人也可以通过外置的麦克风与机器人进行简单 的人机对话。客人可以利用机器人外置的LCD显示查阅菜单，通过触摸屏远程点菜。机器 人载体通过无线通信模块与远程交互平台通信，将客人点菜单传送到后台。机器人载体具 有导航和自主避障的功能，可以带领客人到达指定位置。
权利要求
1.一种迎宾机器人系统，包括机器人载体和远程交互平台，两者通过无线网络通信，其 特征在于所述机器人载体包括主控模块、人机交互模块、无线通讯模块、运动模块、电源模 块和传感器模块；所述主控模块分别与所述人机交互模块、无线通讯模块、运动模块、传感 器模块和电源模块连接；所述远程交互平台用于显示客人的需求信息。
2.如权利要求
1所述的迎宾机器人系统，其特征在于所述的机器人载体的主控模块包 括内嵌式工控机和数据采集卡，内嵌式工控机用于对数据采集卡获得的信息分析处理并对 其他模块进行协调控制；数据采集卡用于采集和存储外部信息、感知信息和系统内部模块 产生的信息。
3.如权利要求
2所述的迎宾机器人系统，其特征在于所述的人机交互模块包括LCD显 示模块和触摸屏模块，LCD显示模块用于显示系统菜单，触摸屏模块用于手动输入客人需求 信息；所述的无线通讯模块通过机器人载体内置的无线网卡，通过无线网络与远程交互平 台通信。
4.如权利要求
3所述的迎宾机器人系统，其特征在于所述的运动模块包括直流伺服电 机、电机驱动器、运动控制卡、编码器、齿轮箱、驱动轮，编码器作为直流伺服电机运动控制 的反馈信号，其信号通过电机驱动器及转接部分转接输入运动控制卡进行处理，运动控制 卡用于对电机驱动器进行控制，齿轮箱通过电机驱动器分别与直流伺服电机、驱动轮连接。
5.如权利要求
4所述的迎宾机器人系统，其特征在于所述的传感器模块包括声纳传感 器和PSD红外传感器，声纳传感器通过声纳技术测定机器人周围障碍物的距离，PSD红外传 感器用于目标距离测量和位置测量，精确定位目标位置，实现目标跟踪。
6.如权利要求
1至5中任一项所述的迎宾机器人系统，其特征在于所述的电源模块包 括主电源和备用电源，备用电源在主电源断电后自动启动，主电源恢复供电以后对备用电 源进行充电。
专利摘要
一种迎宾机器人系统，包括机器人载体和远程交互平台，两者通过无线网络通信，机器人载体包括主控模块、人机交互模块、无线通讯模块、运动模块、电源模块和传感器模块；所述主控模块分别与所述人机交互模块、无线通讯模块、运动模块、传感器模块和电源模块连接；所述远程交互平台用于显示客人的需求信息。本发明公开了一种迎宾机器人系统。本机器人具有人脸识别功能，可以识别新老客户。机器人有强大的自主避障功能，可以为客人导航。机器人具有人机对话功能，可以和用户进行人机对话。此外用户还可以通过机器人上安置的LCD和触摸屏查阅菜单信息和自主点菜，点菜信息通过远程交互平台发送到厨房和收银台，实现无线点菜功能。本发明提供了一种新型迎宾方式，具有趣味性、互动性和科技含量，为酒店增加个性化色彩，带来更好的的经济利益。
文档编号B25J13/00GKCN102059700SQ201010553200
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月22日
发明者杨乐, 胡凯, 钱蕾 申请人:南京信息工程大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan