[發明專利]面向公共服務場景的智能機器人系統

在審

• 申請號: 201810852608.5
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108818569A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 歐林林;朱峰;禹鑫燚;柏繼華;施甜峰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.一種面向公共服務場景的智能機器人系統，其特征在于：上位機軟件安裝在用戶的Windows電腦上，激光雷達傳感器與移動底座通過USB有線連接，機器人底座與上位機通過以太網有線連接，攝像頭通過串口與上位機有線連接；

所述的PC端軟件依次包括Web交互模塊、語音交互模塊、人臉識別模塊、主控模塊、通訊模塊，機器人基座包括導航模塊；Web交互模塊等待用戶發出操作指令，通過通訊模塊把用戶指令傳輸給主控模塊進行命令分析，并進行任務調度；基于分析結果觸發語音交互模塊和導航模塊完成任務；人臉識別模塊運行在系統后臺，完成用戶身份認證和任務分級處理；

各模塊的具體構成是：

Web交互模塊，是一個人性化的人機交互和機器人控制界面；在開啟服務機器人系統時，通過觸屏顯示器向用戶展示機器人系統功能，Web交互模塊包含觸發其他功能模塊的可視化控件方便用戶直接操作機器人；包含語音交互模塊的啟動按鈕和語音交互的文本信息展示界面，用于接收和處理語音交互模塊傳輸過來的語音信息，并把處理完的信息實時顯示在觸屏界面上；內嵌的3D動態人臉根據用戶主控模塊獲取的距離參數來控制虛擬人物表情變化；人臉識別模塊通過Web交互模塊顯示用戶認證過程并反饋用戶身份認證結果；路徑規劃與導航模塊通過交互界面顯示機器人自定位坐標和環境地圖信息；

語音交互模塊，用于實現智能化的人機交互功能；使用麥克風獲取用戶語音信號，通過通訊模塊把語音信號傳輸給語音模塊的云服務端口，連接科大訊飛語音識別API接口完成STT功能，把語音信息轉化為文本信息；使用通訊模塊把文本信息傳輸給圖靈云端服務API接口，基于圖靈云端數據庫完成用戶文本智能問答，完成TTS功能；向本地傳輸問答的文本信息，并轉換為語音信號輸出到播音裝置，同時把回答的文本信息傳輸給Web交互模塊；

人臉識別模塊，用于實現用戶的實名認證和用戶任務分級功能；使用攝像頭獲取用戶的人臉圖像信息，通過OpenVC處理人臉圖像幀，使用通用的圖像預處理算法提取人臉特征值；基于PCA人臉識別算法計算人臉特征值，完成人臉匹配任務；最后把計算結果傳輸給Web交互模塊先用戶顯示認證信息，同時通過通訊模塊把人臉匹配信息傳輸給主控模塊，觸發特定用戶的服務任務和用戶權限激活；

導航模塊，用于實現服務機器人的自主導覽和路徑尋優的功能；該模塊接受來自激光雷達的距離信息和底座的里程計信息，并把這些信息傳輸給主控模塊進行自定位計算和地圖構建，使用通訊模塊把自定位與構圖信息傳輸給Web交互模塊進行實時顯示，同時把信息傳輸給主控模塊進行全局和局部路徑規劃計算，把結果回傳給導航模塊；導航模塊把主控模塊的路徑規劃參數轉換為運動指令進行導航任務，控制機器人底座運動；設計機器人底座控制器，保證機器人平穩運行；

主控模塊，接受來自Web交互模塊、人臉識別模塊、語音交互模塊、導航模塊發起的相關計算任務請求；接受來自導航模塊的路徑規劃請求時，主控模塊向導航模塊的激光雷達和底盤獲取距離和里程計信息；基于自適應蒙特卡洛算法通過傳感器數據確定機器人位置，再基于線性時序邏輯算法進行路徑規劃，最后把路徑規劃結果發送至導航模塊：首先將用戶導覽環境構建為有限狀態的加權切換系統；之后利用線性時序任務公式描述用戶任務需求，通過LTL2BA工具包轉換為圖表形式；然后將切換系統與Büchi自動機作笛卡爾乘積，構建任務可行網絡拓撲；結合A*算法在任務可行網絡拓撲上搜索出最優路徑；接著將任務可行網絡拓撲上尋優所得路徑映射回切換系統，得到環境中對應的最優路徑；最后將路徑規劃結果發送給導航模塊；

通訊模塊，是一個整合機器人硬件和上層應用模塊間消息傳輸和指令控制的控制中樞；基于ROS機器人操作系統的通訊機制，該模塊運行在機器人操作系統的上一層，作為后操作系統；把主控模塊的控制指令傳輸給導航模塊，人臉識別模塊，語音交互模塊；協調機器人硬件系統，保證攝像頭設備與人臉識別模塊的交互，麥克風和音響與語音交互模塊的通信，移動底盤與導航模塊連接。