面部识别自动售厕纸机器人及其使用方法与流程

本发明涉及一种厕所技术，特别是一种面部识别自动售厕纸机器人及其使用方法。

背景技术：

目前在一些公共景区，酒店，高校的厕所内都会提供免费的厕纸，然而很多地方都不会提供免费的厕纸，此时在提供厕纸的地区由于多方面的原因，公共卫生间提供的卫生纸被游客、市民或者学生浪费的现象非常普遍，日常生活中有一部分市民或者游客会正常使用卫生纸，而另一部分人会用公厕提供的免费卫生纸擦手、擦鞋甚至直接带走，造成了厕纸资源的极大浪费以及用量的不确定性，为厕所管理人员更换厕纸也带来了极大的不便。而在没有提供厕纸的地区，人们由于忘记携带卫生纸而造成的尴尬也时有发生，人们期望能够以极为小的成本购买符合实际用量的厕纸，从而省去要携带厕纸的麻烦。

现有技术中存在一些解决方案，如cn205107527u提供了一种智能厕纸盒，包括厕纸盒外壳，重量传感器，语音提醒装置以及控制装置，厕纸盒外壳的前盖板带锁，前盖板与厕纸盒外壳底部交接连接，通过在每个厕纸盒上设置控制装置，出纸口的侧面超出与厕纸盒底面交接处一定长度，有效避免厕纸的浪费和及时提醒保洁人员更换纸卷。然而，这种解决方案需要每个厕位安装一个相应的盒子，并且控制装置的故障率较高，智能化程度不高。还如cn103622629a提供了一种感应式厕纸机，包括有厕纸机壳体，一侧面设置有感应口，感应口的下方设置有出纸口，感应口和出纸口之间设置有电源指示灯和感应指示灯，厕纸即可提顶部设置放纸口，内部设置放纸槽，感应口通过导线与厕纸机壳内设置的红外线传感器模块、延迟电路模块以及电磁感应阀连接，实现了公共卫生间定量给使用者供应厕纸，而且避免了人手接触厕纸造成的交叉污染，然而这种定量供应并不会针对特定的使用者，因此，仍然很难避免浪费，如一个人拿多次厕纸等，并且红外传感器模块容易受到污染物的污染而导致感应失效。还如cn202269965u提供一种单片机控制的电动厕纸盒，在壳体外部设置感应探头，当受到人体感应时，感应探头向单片机控制器传输信号，单片机控制器向直流低速电机发出开启指令，直流低速电机按照设置的转速和时间，带动插在插轴上的厕纸卷转动，输出设定长度的厕纸，如厕者拉动厕纸，出纸口内设置的锯齿裁刀将厕纸裁断。然而，这种定量供应并不会针对特定的使用者，因此，仍然很难避免浪费，并且操作不便，还需要自动和手动方式的结合。以上三个专利都是针对提供厕纸的地区，而对于没有提供免费厕纸的地方，目前还没有出现任何的可以随时购买厕纸的成熟的技术方案。

因此，有必要提供一种针对特定独立人个体采用付费方式提供厕纸的设备及便捷的使用方法，从而省去人们携带厕纸的不必要的麻烦。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种面部识别自动售厕纸机器人及其使用方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案的基本思想在于：无感购厕纸技术，客户可以提前下载客户端并且注册，充值，录入人脸，在进入厕所后通过蓝牙进行信息交换，完成人脸信息的比对和自动出纸扣费的操作。

一种面部识别自动售厕纸机器人，包括：人脸识别模块，用于与用户的手机客户端连接，用户在手机客户端录入个人的脸部，人脸识别模块识别脸部特征并将特征向量集合存储在数据库中，还配备人体距离感应传感器；厕纸rfid检测模块，用于判断厕纸的来源是否合法；支付模块，用于用户进入厕所后自动完成厕纸的购买和支付；网络通讯模块，用于与服务器交换用户信息，交易记录以及设备信息；智能控制单元，根据用户信息控制执行器的操作，包括厕纸的输出和更换；厕纸输出机构和厕纸更换机构。

优选的，所述厕纸更换机构包括卷纸(1)，纸轴(2)，滚轮(3)，切纸刀(4)，卷轴电机(5)，滚轮卡销(6)，所述卷纸(1)卷插在所述纸轴(2)上，所述滚轮(3)为随动机构，随着所述纸轴(2)转动，所述纸轴(2)带扩张固定盘并与所述卷轴电机(5)连接，通过滚轮卡销(6)止动，以输出固定长度的厕纸，所述厕纸更换机构设有仓盒盖，通过锁将仓盒盖与内部机构锁合在一起，所述锁为蓝牙锁。

优选的，所述卷纸与所述仓盒盖上分别安装具有唯一编码标识的rfid芯片及rfid芯片读取器，每次更换卷纸的时候，所述rfid芯片读取器会读取rfid芯片的信息，以识别和判断所述厕纸的来源是否合法，如果读取的信息与存储在数据库中的有效的rfid芯片信息不匹配，则不启动所述面部识别自动售厕纸机器人，如果匹配则启动所述面部识别自动售厕纸机器人。

优选的，所述卷轴电机为伺服电机或步进电机，或还包括激光感应头，在所述卷纸的规定长度上分段打印渐变色块，配合感应头判断是否已经达到所需长度的厕纸末端，如果已经达到，启动所述切纸刀进行切割。

优选的，所述面部识别自动售厕纸机器人在待机状态下，厕纸机器人的多个操作屏滚动显示广告。

优选的，所述支付模块分为即时支付和预充值扣款两个模块，对于首次使用自动售厕纸机器人而未在帐户内充值的用户，直接通过摄像头采集人脸后推送到相应的账户内，并且采用支付宝，微信，支持nfc的方式即时付费；对于在手机客户端注册和储值的帐户，在完成信息提取和匹配后，自动划扣账户内余额，并在手机客户端推送关于消费时间，消费地点以及账户余额的动态消息。

优选的，所述面部识别自动售厕纸机器人具有多个分别针对儿童，女人和男人面部识别摄像头，分别位于多个操作屏上，所述多个面部识别摄像头的安装高度分别为距离地面90cm，155cm及165cm处。

优选的，所述面部识别模块使用基于几何特征的方法，基于相关匹配的方法、特征脸方法、线性判别分析方法、奇异值分解方法、神经网络方法、动态连接匹配方法，基于隐马尔柯夫模型，主动形状模型法或主动外观模型法

一种自动售厕纸机器人的使用方法，包括如下步骤：(1)客户提前下载客户端，并且注册，充值，录入人脸；(2)进入公厕前，打开蓝牙，当用户进入自动售厕纸机器人的蓝牙范围的时候，所述自动售厕纸机器人与用户手机客户端交换信息，提前把用户资料通过服务器下载到本地机器，如果用户需要购买厕纸，进入站立识别标识所在的面部清晰识别区内，结合人体距离感应传感器输入的信号，将读取到的面部与提前调取的资料进行比对；(3)比对成功后用户在所述自动售厕纸机器人的界面进行用户确认即可直接出纸，同时扣除顾客账户充值余额，并且在手机客户端收到系统推送消息，涉及自何处何时购买厕纸以及消费金额和账户余额；(4)厕纸更换：厕纸用尽需要更换的时候，仓盒盖上安装rfid芯片读取器会读取厕纸上安装的具有唯一编码标识的rfid芯片的信息，以识别和判断厕纸的来源是否合法，如果读取的信息与存储在数据库中的有效的rfid芯片信息不匹配，则不启动所述自动售厕纸机器人，如果匹配则启动所述自动售厕纸机器人。

优选的，所述站立识别标识粘贴在其前端距离墙面小于50cm处，且粘贴的地面不含水渍或灰尘，从而所述站立识别标识不会滑动，保证使用者安全以及所述站立识别标识的使用寿命。

采用本发明设计思路，针对特定独立人个体采用付费方式提供厕纸的设备及便捷的使用方法，从而省去人们携带厕纸的不必要的麻烦。

附图的简要说明

附图1为根据本发明实施例的自动售厕纸机器人结构示意图。

附图2为根据本发明实施例的待机状态下的自动售厕纸机器人示意图。

附图3为根据本发明实施例的厕纸更换机构的正视图。

附图4为根据本发明实施例的厕纸更换机构的后视图。

附图5为根据本发明实施例的自动售厕纸机器人使用方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本发明的保护范围。

参见附图1为根据本发明实施例的面部识别自动售厕纸机器人结构示意图，包括：人脸识别模块，用于与用户的手机客户端连接，用户在手机客户端录入个人的脸部，人脸识别模块识别脸部特征并将特征向量集合存储在数据库中，还配备人体距离感应传感器；厕纸rfid检测模块，用于判断厕纸的来源是否合法，如果rfid检测模块读取的信息与存储在数据库中的有效的rfid芯片信息不匹配，则不启动所述自动售厕纸机器人，如果匹配则启动所述自动售厕纸机器人；支付模块，用于用户进入厕所后自动完成厕纸的购买和支付；网络通讯模块，用于与服务器交换用户信息，交易记录以及设备信息；智能控制单元，根据用户信息控制执行器的操作，包括厕纸的输出和更换；厕纸输出机构和厕纸更换机构。

参见附图2，当面部识别自动售厕纸机器人在待机状态下，厕纸机器人的多个操作屏滚动显示广告，也就是具有多个广告展示位，从而增加该自动售厕纸机器人的商用价值。

参见附图3和4，厕纸更换机构包括卷纸(1)，纸轴(2)，滚轮(3)，切纸刀(4)，卷轴电机(5)，滚轮卡销(6)，卷纸(1)卷插在所述纸轴(2)上，滚轮(3)为随动机构，随着所述纸轴(2)转动，纸轴(2)带扩张固定盘并与卷轴电机(5)连接，通过滚轮卡销(6)止动，以输出固定长度的厕纸。厕纸更换机构设有仓盒盖，通过蓝牙锁将仓盒盖与内部机构锁合在一起。卷纸(1)与所述仓盒盖上分别安装具有唯一编码标识的rfid芯片及rfid芯片读取器，每次更换卷纸(1)的时候，所述rfid芯片读取器会读取rfid芯片的信息，以识别和判断所述厕纸的来源是否合法，如果读取的信息与存储在数据库中的有效的rfid芯片信息不匹配，则不启动所述自动售厕纸机器人，如果匹配则启动所述自动售厕纸机器人。该实施例中切纸刀(4)为锯齿裁刀。卷轴电机(5)可以采用伺服电机或步进电机。然而，为了更精确的控制厕纸的长度，所述厕纸更换机构还包括激光感应头，在所述卷纸(1)的规定长度上分段打印渐变色块，配合感应头判断是否已经达到所需长度的厕纸末端，如果已经达到，启动所述切纸刀进行切割。。裁切厕纸的过程为：传输信号到厕纸机器人的中央控制器，中央控制器发出指令后采用锯齿裁刀将固定长度的厕纸(8)裁切下来，厕纸(8)使用完毕后，需要更换的时候，换纸人员通过经过授权的开通蓝牙功能的设备打开锁(6)，这里的锁(6)是蓝牙锁，厕纸(8)与厕纸盘(7)外侧的仓盒盖上分别安装具有唯一编码标识的rfid芯片及rfid芯片读取器，每次更换厕纸(8)的时候，rfid芯片读取器会读取rfid芯片的信息，以识别和判断所述厕纸的来源是否合法，如果读取的信息与存储在数据库中的有效的rfid芯片信息不匹配，则不启动所述面部识别自动售厕纸机器人，如果匹配则启动所述面部识别自动售厕纸机器人，从而做到厕纸来源全程可追溯，便于商品管理。

支付模块是该自动售厕纸机器人的关键部分，分为即时支付和预充值扣款两个模块，对于首次使用自动售厕纸机器人而未在帐户内充值的用户，直接通过摄像头采集人脸后推送到相应的账户内，并且采用支付宝，微信，支持nfc的方式即时付费；对于在手机客户端注册和储值的帐户，在完成面部信息提取和匹配后，自动划扣账户内余额，并在手机客户端推送关于消费时间，消费地点以及账户余额的动态消息。裁切厕纸的过程为：传输信号到厕纸机器人的中央控制器，中央控制器发出指令后采用锯齿裁刀将固定长度的厕纸(8)裁切下来，厕纸(8)使用完毕后，需要更换的时候，换纸人员通过经过授权的开通蓝牙功能的设备打开锁(6)，这里的锁(6)是蓝牙锁，厕纸(8)与厕纸盘(7)外侧的仓盒盖上分别安装具有唯一编码标识的rfid芯片及rfid芯片读取器，每次更换厕纸(8)的时候，rfid芯片读取器会读取rfid芯片的信息，以识别和判断所述厕纸的来源是否合法，如果读取的信息与存储在数据库中的有效的rfid芯片信息不匹配，则不启动所述自动售厕纸机器人，如果匹配则启动所述自动售厕纸机器人，从而做到厕纸来源全程可追溯，便于商品管理。

参见图5，一种自动售厕纸机器人的使用方法，(1)客户提前下载客户端，并且注册，充值，录入人脸；(2)进入公厕前，打开蓝牙，当用户进入自动售厕纸机器人的蓝牙范围的时候，所述自动售厕纸机器人与用户手机客户端交换信息，提前把用户资料通过服务器下载到本地机器，如果用户需要购买厕纸，进入站立识别标识所在的一米识别区内，由于机器具备人体距离感应传感器，读取到的面部与提前调取的资料比对成功；(3)用户在所述自动售厕纸机器人的界面进行用户确认即可直接出纸，同时扣除顾客账户充值余额，并且在手机客户端收到系统推送消息，涉及自何处何时购买厕纸以及消费金额和账户余额；(4)厕纸更换：厕纸用尽需要更换的时候，仓盒盖上安装rfid芯片读取器会读取厕纸上安装的具有唯一编码标识的rfid芯片的信息，以识别和判断厕纸的来源是否合法，如果读取的信息与存储在数据库中的有效的rfid芯片信息不匹配，则不启动所述面部识别自动售厕纸机器人，如果匹配则启动所述面部识别自动售厕纸机器人。其中，站立识别标识粘贴在其前端距离墙面小于50cm处，且粘贴的地面不含水渍或灰尘，从而所述站立识别标识不会滑动，保证使用者安全以及所述站立识别标识的使用寿命。

面部识别模块所使用的面部识别算法是该厕纸机器人能够快速稳定并且准确运行的基础，我们在面部识别模块中嵌入程序，程序对应的算法使用基于几何特征的方法，基于相关匹配的方法、特征脸方法、线性判别分析方法、奇异值分解方法、神经网络方法、动态连接匹配方法，基于隐马尔柯夫模型，主动形状模型法或主动外观模型法。本实施例中采用了特征脸方法，即从统计的观点，寻找人脸图像分布的基本元素，即人脸图像样本集协方差矩阵的特征向量，以此近似地表征人脸图像，将这些特征向量称为特征脸(eigenface)，实际上，特征脸反映了隐含在人脸样本集合内部的信息和人脸的结构关系。将眼睛、面颊、下颌的样本集协方差矩阵的特征向量称为特征眼、特征颌和特征唇，统称特征子脸。特征子脸在相应的图像空间中生成子空间，称为子脸空间。计算出测试图像窗口在子脸空间的投影距离，若窗口图像满足阈值比较条件，则判断其为人脸。基于特征分析的方法，也就是将人脸基准点的相对比率和其它描述人脸脸部特征的形状参数或类别参数等一起构成识别特征向量，这种基于整体脸的识别不仅保留了人脸部件之间的拓扑关系，而且也保留了各部件本身的信息，而基于部件的识别则是通过提取出局部轮廓信息及灰度信息来设计具体识别算法，将eigenface(pca)算法与经典的模板匹配算法融合作为测试人脸识别系统性能的基准算法；然后确定眼虹膜、鼻翼、嘴角等面像五官轮廓的大小、位置、距离等属性，之后计算出它们的几何特征量，而这些特征量形成一描述该面像的特征向量，最后进行特征向量的对比。这种算法利用人体面部各器官及特征部位的方法，如对应几何关系多数据形成识别参数与数据库中所有的原始参数进行比较、判断与确认，或者根据一组人脸训练图像构造主元子空间，由于主元具有脸的形状，也称为特征脸，识别时将测试图像投影到主元子空间上，得到一组投影系数，和各个已知人的人脸图像比较进行识别。经过试验，在200个人的3000幅图像中得到95％的正确识别率，也就是容错率降低到5％以下。当然，特征值大的特征向量(即特征脸)并不一定是分类性能好的方向，据此可以采用多种特征(子空间)选择方法，如双子空间方法、线性歧义分析方法、fisherface方法等，这些都属于特征脸方法，只是把人脸表示为一些向量的加权和，这些向量是训练集叉积阵的主特征向量，这是该方法的主要数学思想。

该机器人设定的一些基础数值来自第三方公司的海量调查数据，其中该机器设定的一些基础数值来自第三方公司的海量调查数据，包括厕纸的售价为每60cm售价0.15元，比市售厕纸更为便宜。经过试验，面部识别和通讯调取数据速度为0.3s，用户从进入公厕到完成购纸仅需要10秒钟。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本发明的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。