[發(fā)明專利]一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人及其人體目標(biāo)跟蹤算法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710560444.4
• 申請(qǐng)日: 2017-07-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107139189A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳世貴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吳世貴
• 主分類號(hào): B25J11/00
• 分類號(hào): B25J11/00;B25J19/02;B25J9/16
• 代理公司: 北京元本知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所11308
• 代理人: 曹廣生

1.一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人，包括機(jī)器人殼體以及設(shè)置在機(jī)器人殼體內(nèi)部的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于：機(jī)器人系統(tǒng)包括觸摸屏顯示模塊、語(yǔ)音處理模塊、人體目標(biāo)跟蹤模塊、上位機(jī)、串口通信模塊和下位機(jī)裝置；

所述觸摸屏顯示模塊、語(yǔ)音處理模塊和人體目標(biāo)跟蹤模塊均與上位機(jī)連接；觸摸屏顯示模塊檢測(cè)用戶觸摸觸摸屏的坐標(biāo)位置傳給上位機(jī)和顯示上位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)；語(yǔ)音處理模塊錄入用戶語(yǔ)音傳給上位機(jī)和播報(bào)上位機(jī)傳出的語(yǔ)音數(shù)據(jù)；人體目標(biāo)跟蹤模塊實(shí)現(xiàn)人體目標(biāo)的跟蹤融合深度信息和色彩信息的人體目標(biāo)跟蹤；

所述上位機(jī)經(jīng)串口通信模塊與下位機(jī)裝置連接；上位機(jī)通過(guò)串口通信模塊與下位機(jī)裝置信息通信控制機(jī)器人動(dòng)作；

所述下位機(jī)裝置包括數(shù)字信號(hào)處理器、傳感器模塊、GSM模塊和機(jī)械臂模塊；傳感器模塊、GSM模塊和機(jī)械臂模塊均與數(shù)字信號(hào)處理器連接；傳感器模塊通過(guò)檢測(cè)機(jī)器人環(huán)境數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器傳給上位機(jī)；GSM模塊通過(guò)無(wú)線實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器人；機(jī)械臂模塊接收數(shù)字信號(hào)處理器傳來(lái)的數(shù)據(jù)控制機(jī)器人動(dòng)作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人及其人體目標(biāo)跟蹤算法，其特征在于：所述觸摸屏顯示模塊包括紅外觸摸屏和顯示器，紅外觸摸屏包括紅外發(fā)生管、若干個(gè)位移鎖存器、微處理控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、若干個(gè)放大器和紅外接收管；微處理控制器經(jīng)若干個(gè)位移鎖存器與紅外發(fā)生管連接；紅外接收管經(jīng)若干個(gè)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器與微處理控制器連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人及其人體目標(biāo)跟蹤算法，其特征在于：所述語(yǔ)音處理模塊包括麥克風(fēng)陣列、語(yǔ)音識(shí)別電路、語(yǔ)音合成電路和音響；麥克風(fēng)陣列經(jīng)語(yǔ)音識(shí)別電路與上位機(jī)連接；上位機(jī)經(jīng)語(yǔ)音合成電路與音響連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人及其人體目標(biāo)跟蹤算法，其特征在于：所述人體目標(biāo)跟蹤模塊包括攝像頭和人體目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤電路；攝像頭經(jīng)人體目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤電路與上位機(jī)連接；所述攝像頭為Kinect攝像頭。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人及其人體目標(biāo)跟蹤算法，其特征在于：所述傳感器模塊包括煙霧傳感器和氣體傳感，煙霧傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人所處的環(huán)境是否出現(xiàn)煙霧，并把檢測(cè)數(shù)據(jù)傳給數(shù)字信號(hào)處理器；氣體傳感檢測(cè)空氣的成份數(shù)據(jù)傳給數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行識(shí)別處理。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人及其人體目標(biāo)跟蹤算法，其特征在于：所述機(jī)械臂模塊包括驅(qū)動(dòng)模塊、直流模塊、舵機(jī)和電機(jī)編碼器；驅(qū)動(dòng)模塊和直流模塊控制舵機(jī)工作，電機(jī)編碼器采集舵機(jī)狀態(tài)編碼傳給數(shù)字信號(hào)處理器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人及其人體目標(biāo)跟蹤算法，其特征在于：所述舵機(jī)包括肩關(guān)節(jié)舵機(jī)、肘關(guān)節(jié)舵機(jī)和腕關(guān)節(jié)舵機(jī)；所述關(guān)節(jié)舵機(jī)、肘關(guān)節(jié)舵機(jī)和腕關(guān)節(jié)舵機(jī)的控制端均與數(shù)字信號(hào)處理器連接。

8.基于權(quán)利要求4所述的一種兒童娛教監(jiān)護(hù)機(jī)器人的人體目標(biāo)跟蹤算法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：通過(guò)Kinect攝像頭獲取人體目標(biāo)的色彩信息和深度信息，并建立三維空間目標(biāo)模型；

步驟2：把采集的人體目標(biāo)的色彩信息和深度信息通過(guò)Camshift算法拓展到三維空間目標(biāo)模型中；

步驟3：在三維空間目標(biāo)模型中融合人體目標(biāo)的深度信息，并利用Kalman濾波器預(yù)測(cè)目標(biāo)的位置信息；

步驟4：通過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)目標(biāo)的位置信息進(jìn)行計(jì)算初步鎖定窗口的質(zhì)心；

步驟5：通過(guò)調(diào)整窗口大小和/或移動(dòng)窗口中心來(lái)確定質(zhì)心的具體位置；

步驟6：計(jì)算質(zhì)心的位置區(qū)域是否收斂，當(dāng)不收斂時(shí)，返回步驟4，當(dāng)收斂時(shí)，輸出質(zhì)心的位置和目標(biāo)方向，并且質(zhì)心的位置作為下一次目標(biāo)鎖定的初始窗口；

步驟7：在深度圖像中計(jì)算人體目標(biāo)的質(zhì)心，對(duì)人體進(jìn)行跟蹤。