一种青少年智能监督提醒机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，涉及一种青少年智能监督提醒机器人。

背景技术：

随着经济的迅猛发展，科技的进步，电子产品逐渐普及。与此同时现在的电子产品也越来越智能，给现代人的生活带来极大的便利。计算机网络的运用与普及将世界微缩成一个小小的显示屏，它作为一种信息通讯、数据传递和资源共享的方式和手段具有无比的优越性。但是对于青少年这一特殊社会人群来说，电子产品像是一把“双刃剑”。

一方面，电子产品可以拓宽青少年的视野，接触到更加新颖时尚的东西以及通过各类云课堂提高自己。但是另一方面，过度的沉溺于电子产品，很可能造成青少年学习成绩下降、视力受损。还有很多青少年过度使用电子产品，不按时睡觉，影响身体发育。

目前市面上还没有出现针对青少年过度使用电子产品、不按时睡觉这些不良行为的监督型机器人。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种青少年智能监督提醒机器人，使用机器视觉，智能人机交互，可远程控制的青少年智能监督提醒机器人。对青少年起到积极引导的作用。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种青少年智能监督提醒机器人，包括机器人主体、遥控器。

所述机器人主体包括主控制器模块一、定位模块、行动模块、信息采集模块、数据处理模块、硬件交互模块、无线通信模块、电源模块；其中，无线通信模块包括无线蓝牙主模块和GPRS模块。机器人主体的主控制器模块一分别与定位模块、行动模块、信息采集模块、数据处理模块、硬件交互模块以及GPRS模块和无线蓝牙主模块相连，各个模块相互配合，完成系统工作。

所述的遥控器包括主控制器模块二、无线收发模块、超声波发射模块、电源模块、按键、无线蓝牙从模块。其中，主控制器模块二分别与无线收发模块、超声波发射模块、按键以及无线蓝牙从模块相连。

所述的定位模块包括无线收发模块和超声波接收模块。

所述的行动模块包括电机驱动、左电机、右电机、避障传感器，所述的避障传感器位于机器人的前端，左电机、右电机分别位于机器人底盘的左右两边，并通过电机驱动连接。

所述的信息采集模块包括摄像头。

所述的硬件交互模块包括 OLED显示屏、语音模块、电容触摸屏、按键。

所述的无线通信模块包括无线蓝牙主模块和 GPRS模块。其中无线蓝牙主模块用于机器人主体与遥控器的无线通信连接，GPRS模块用于机器人模块与手机终端的无线通信连接。

所述的定位模块与遥控器通过无线通信模块进行无线连接，行动模块受控于主控制器模块。定位模块将定位信息反馈给主控制器，主控制器控制行动模块，实现跟随遥控器使用者目的。

所述的信息采集模块采集遥控器使用者动态视频图像序列，通过主控制器传输至数据处理模块进行运算；主控制器接收数据处理模块运算结果，并通过相关电平相联系进而控制硬件交互模块与遥控器使用者进行交互，实现智能监督提醒。

所述的主控制器优选 STM32单片机。

所述的数据处理模块优先使用 DSP芯片，优选 TMS320F28335 芯片。

所述的GPRS 模块优选SIM900A芯片。

所述的遥控器以手环形式佩戴在使用者身上。

所述的青少年智能监督提醒机器人是分时间段工作的，需要用户根据自身情况设定睡觉时间和起床时间。

所述的青少年智能监督提醒机器人需要用户自己设定每日使用电子设备上限。

所述的青少年智能监督提醒机器人主要有三大功能，分别是定位跟随功能、人体行为识别功能以及人机交互功能。

所述的机器人的定位跟随功能，由机器人本体的主控制器模块一控制定位模块和行动模块与遥控器的各个模块相互配合实现，其工作流程如下。

遥控器通过无线蓝牙从模块与机器人主体的无线蓝牙主模块无线连接，进行无线蓝牙通信。遥控器的按键有“启动”、“停止”两个指令通过蓝牙发送。一旦机器人主体的无线蓝牙模块接收到“启动”指令，机器人主体将会持续发送无线电信号，遥控器接收到无线电信号，将会通过超声波发射模块发送超声波信号。机器人主体通过超声波接收模块接收超声波信号，主控制器对接收的超声波信号进行计算和处理定位遥控器使用者位置，再通过控制行动模块实现对遥控器使用者的跟随。当机器人主体的无线蓝牙模块接收到“停止”指令时，机器人主体将会停止发送无线电信号，从而控制机器人主体停止对遥控器使用者的跟随。

需要说明的是主控制器判断遥控器使用者的位置在0.5米以内时，将不会启动行动模块对遥控器使用者进行跟随，机器人主体将会保持相对稳定的状态，方便接下来采集遥控器使用者信息。

所述的机器人的人体行为识别功能，由机器人本体的主控制器模块一控制信息采集模块和数据处理模块实现，其工作流程如下。

信息采集模块包括的串口摄像头通过主控制器内部的串口通信方式与数据处理模块相连，进行SPI通信。摄像头在静态背景下实时采集遥控器使用者的动态视频图像序列，通过SPI通信，实时传输至数据处理模块。数据处理模块使用一系列图像处理算法，识别遥控器使用者当前的行为，并将识别结果反馈给主控制器。

所述的机器人的人机交互功能，由机器人本体的主控制器模块一控制硬件交互模块实现，其工作流程如下。

硬件交互模块包括OLED显示屏、语音模块、电容触摸屏、按键。语音模块通过读选通端和写选通端与机器人主体的主控制器的读选通端和写选通端相连接，语音模块包含MIC（拾音器）和扬声器，进而进行语音交互。OLED显示屏、电容触摸屏、按键与机器人的主控制器对应的GPIO相连接，进而进行图像显示与界面交互。本发明的人机交互主要包括语音交互与图像显示，且受控于主控制器的指令。

本发明所述的机器人使用时，首先接收遥控器的启动指令，从而对遥控器使用者进行定位跟随，跟随到指定范围之内，根据预先设定的时间开启不同的工作模式。

若时间在用户设定的起床时间和睡觉时间的区间内，机器人开启监督遥控器使用者的工作模式，监督遥控器使用者使用电子设备情况。机器人本体的主控制器模块一控制信息采集模块和数据处理模块识别遥控器使用者当前的行为。若识别到遥控器使用者使用电子设备的行为，由主控制器模块一进行累计遥控器使用者使用电子设备的时长。满45分钟时，主控制器模块一启动硬件交互模块实现人机交互功能提醒遥控器使用者休息3分钟。进行人机交互的同时，继续识别使用者当前行为。若识别的行为仍然是遥控器使用者在使用电子设备，主控制器模块一控制硬件交互模块不断与遥控器使用者进行人机交互，直到遥控器使用者不再使用电子设备开始休息。当人机交互一直持续十分钟时，机器人本体仍然识别到遥控器使用者在使用电子产品，机器人本体的主控制器模块一启动GPRS模块将使用者的情况反馈给其监护人。

需要说明的是主控制器模块一累计使用电子设备的时长会在用户自己设定的起床时间清零，也即主控制器模块一累计的是每日使用电子设备时长。

若时间在睡觉时间，机器人开启提醒遥控器使用者睡觉的工作模式。机器人主体的主控制器模块一会控制硬件交互模块与使用者进行人机交互提醒遥控器使用者睡觉。

若时间在起床时间，机器人开启提醒遥控器使用者起床的工作模式。机器人主体的主控制器模块一会控制硬件交互模块与使用者进行人机交互提醒遥控器使用者起床。每隔两分钟进行一次叫醒服务。在每次叫醒服务之前，机器人本体的主控制器模块一控制信息采集模块和数据处理模块识别遥控器使用者当前的行为。若识别到遥控器使用者已经起床则不再继续叫醒服务；若识别到遥控器使用者仍然未起床，则继续进行叫醒服务。如果叫醒服务已经累计进行5次，仍然识别到遥控器使用者未起床，在继续进行叫醒服务的同时，机器人本体的主控制器模块一启动GPRS模块将使用者的情况反馈给其监护人。

本发明的青少年智能监督提醒机器人具备的优点：实现了监督青少年使用电子设备时间过长和晚睡晚起这些不良情况，并通过友好的人机交互提醒青少年改善不良的行为习惯，同时青少年使用者的监护人也可以实时得到青少年使用者的情况。具体来说，就是。

（1）不需要监护人时时刻刻监督青少年使用者的使用电子产品情况以及不需要督促青少年使用者睡觉和起床，这些工作全由机器人可以代替。

（2）可以帮助青少年使用者改善使用电子时长过长的不良习惯，养成使用一定时间休息一段时间的好习惯，而且到达一定使用限额，机器人会不断提醒使用者不能再使用电子设备。

（3）可以帮助青少年使用者养成早睡早起的好习惯。本发明有着更加人性化地叫醒服务，青少年使用者不用再担心因为没听到闹钟而睡过头的情况发生。

附图说明

图1为青少年监督提醒机器人整体结构示意图。

图2为遥控器整体结构示意图。

图3为目标物体识别过程结构图。

图4为目标物体图像处理结构图。

图5为目标物体行为判断结构图。

图6为机器人系统GPRS通信模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1。

参照附图1。

机器人主体包括主控制器模块一、定位模块、行动模块、信息采集模块、数据处理模块、硬件交互模块、无线通信模块、电源模块；其中，定位模块由无线收发模块和超声波接收模块构成；行动模块由电机驱动、左电机、右电机和避障模块构成；信息采集模块主要包含串口摄像头；数据处理模块使用DSP芯片；硬件交互模块由OLED显示屏、语音模块、电容触摸屏、按键构成，语音模块还包含语音识别芯片、MIC、扬声器；无线通信模块包括无线蓝牙主模块和GPRS模块。主控器模块，优先选用STM32单片机；数据处理模块，优先选用TMS320F28335芯片。无线蓝牙主模块，优先选用HC-05；GPRS模块，优先选用SIM900A芯片。

实施例2。

参照附图2。

本发明的遥控器包括遥控器主控制器模块二，以及与遥控器主控制器模块二连接的无线收发模块、电源、超声波发射模块、遥控器按键和无线蓝牙从模块。本发明的遥控器固定于一个手环内，佩戴在使用者的手腕上。在本发明中是利用超声波测距技术和定位技术完成机器人主体对遥控器的定位。为了减少定位误差，本发明采用坐标系定位算法。为了实现机器人和遥控器的实时跟随，在机器人和遥控器中均安装了无线收发装置。机器人主体向遥控器发送无线信号，无线信号为机器人对遥控器的反馈信号，遥控器接收到反馈信号之后，启动超声波发射模块向机器人主体发射超声波信号。机器人主体的超声波接收模块接收来自遥控器发射的超声波信号，主控制器对接收的超声波信号进行计算和处理定位遥控器的位置，实现对遥控器的定位。

实施例3。

参照附图3。

本发明的目标识别流程主要分为三大部分。第一大部分是前端信息采集部分，前端信息采集通过摄像设备采集使用者的动态视频图像序列。前端信息采集部分使用的设备包括摄像头以及相关辅助配套摄像设备，它们都归为前端信息采集部分。第二大部分是传输部分，要保证前端信息采集的数据实时快速地传输到后台，如果有延迟则会造成整个系统的不精准。本发明采用的方法是运用串口通信，在单片机内部传输，通过SPI串口将前端信息采集数据实时传输至后台处理。第三大部分是后端数据处理部分，这里数据处理芯片预先设定好一系列图像处理程序，根据程序处理接收的图像序列数据，最终达到判断人体行为的目的。

实施例4。

参照附图4。

本发明的图像处理思想采用了一种基于背景差方法和帧间差分法的新算法思想。因为背景差方法和帧间差方法各有优缺点，本发明将两种方法结合起来，使它们优势互补，从而达到克服各自缺点的目的。举例来说，在实际场景中，因为光线原因或人为因素，背景无法保证一致。如果不进行初始化，错误会不断累积，从而导致误判这种严重现象的产生。所以，本发明将动态图像连续两帧差图像和背景差图像进行与操作，再将与操作之后的结果进行二值化处理得到结果。这样得到的结果，起到了加大目标信息权重的目的，同时有着抑制静态背景的效果，从而可以将运动目标从背景图像中分离出来，提高接下来识别人体行为的精准度。

实施例5。

参照附图5。

本发明的图像识别针对三种特殊的人体行为，分别是使用电子设备行为、睡觉行为、起床行为。在本发明的目标识别系统中，对于以上三种行为，收集了一些特定的视频，对这些视频中的图像序列进行处理，对不同的行为分别作了相应的标记线。再对这些图像序列进行灰度转化、二值化、中值滤波、向下采样、膨胀处理、向上采样，在二值化后的图像中标记运动目标轮廓，最后对视频序列中运动的人体，计算人体运动区域的中心。本发明的目标识别系统通过斜率法，分别计算移动中人体中心和三种标记线两端斜率是否一致，当人体中心与某一种标记线两个端点的斜率之差小于设定阈值时，就可以判断此时的行为是该种标记线所对应的行为。

实施例6。

参照附图6。

由图可见，本发明的前端信息采集部分一般为静止状态，从而为本发明机器视觉行为检测创建了在静态背景下为后端数据处理模块输入图像数据的先决条件。经过实施例3、实施例4介绍的一系列图像处理方法，最后由数据处理模块将判断结果反馈给机器人主体的主控制器模块一。主控制器模块一需要启动GPRS模块将使用者信息反馈给其监护人时，通过GPRS模块发送数据给运营商的信息处理中心。信息处理中心则根据使用者的监护人的手机硬件进行数据分析，用来配置合适参数，进而将信息发送到监护人手机上。