一種青少年智能監督提醒機器人的製作方法

2023-06-03 04:59:01 1

本發明屬於機器人技術領域，涉及一種青少年智能監督提醒機器人。

背景技術：

隨著經濟的迅猛發展，科技的進步，電子產品逐漸普及。與此同時現在的電子產品也越來越智能，給現代人的生活帶來極大的便利。計算機網絡的運用與普及將世界微縮成一個小小的顯示屏，它作為一種信息通訊、數據傳遞和資源共享的方式和手段具有無比的優越性。但是對於青少年這一特殊社會人群來說，電子產品像是一把「雙刃劍」。

一方面，電子產品可以拓寬青少年的視野，接觸到更加新穎時尚的東西以及通過各類雲課堂提高自己。但是另一方面，過度的沉溺於電子產品，很可能造成青少年學習成績下降、視力受損。還有很多青少年過度使用電子產品，不按時睡覺，影響身體發育。

目前市面上還沒有出現針對青少年過度使用電子產品、不按時睡覺這些不良行為的監督型機器人。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種青少年智能監督提醒機器人，使用機器視覺，智能人機互動，可遠程控制的青少年智能監督提醒機器人。對青少年起到積極引導的作用。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種青少年智能監督提醒機器人，包括機器人主體、遙控器。

所述機器人主體包括主控制器模塊一、定位模塊、行動模塊、信息採集模塊、數據處理模塊、硬體交互模塊、無線通信模塊、電源模塊；其中，無線通信模塊包括無線藍牙主模塊和GPRS模塊。機器人主體的主控制器模塊一分別與定位模塊、行動模塊、信息採集模塊、數據處理模塊、硬體交互模塊以及GPRS模塊和無線藍牙主模塊相連，各個模塊相互配合，完成系統工作。

所述的遙控器包括主控制器模塊二、無線收發模塊、超聲波發射模塊、電源模塊、按鍵、無線藍牙從模塊。其中，主控制器模塊二分別與無線收發模塊、超聲波發射模塊、按鍵以及無線藍牙從模塊相連。

所述的定位模塊包括無線收發模塊和超聲波接收模塊。

所述的行動模塊包括電機驅動、左電機、右電機、避障傳感器，所述的避障傳感器位於機器人的前端，左電機、右電機分別位於機器人底盤的左右兩邊，並通過電機驅動連接。

所述的信息採集模塊包括攝像頭。

所述的硬體交互模塊包括 OLED顯示屏、語音模塊、電容觸控螢幕、按鍵。

所述的無線通信模塊包括無線藍牙主模塊和 GPRS模塊。其中無線藍牙主模塊用於機器人主體與遙控器的無線通信連接，GPRS模塊用於機器人模塊與手機終端的無線通信連接。

所述的定位模塊與遙控器通過無線通信模塊進行無線連接，行動模塊受控於主控制器模塊。定位模塊將定位信息反饋給主控制器，主控制器控制行動模塊，實現跟隨遙控器使用者目的。

所述的信息採集模塊採集遙控器使用者動態視頻圖像序列，通過主控制器傳輸至數據處理模塊進行運算；主控制器接收數據處理模塊運算結果，並通過相關電平相聯繫進而控制硬體交互模塊與遙控器使用者進行交互，實現智能監督提醒。

所述的主控制器優選 STM32單片機。

所述的數據處理模塊優先使用 DSP晶片，優選 TMS320F28335 晶片。

所述的GPRS 模塊優選SIM900A晶片。

所述的遙控器以手環形式佩戴在使用者身上。

所述的青少年智能監督提醒機器人是分時間段工作的，需要用戶根據自身情況設定睡覺時間和起床時間。

所述的青少年智能監督提醒機器人需要用戶自己設定每日使用電子設備上限。

所述的青少年智能監督提醒機器人主要有三大功能，分別是定位跟隨功能、人體行為識別功能以及人機互動功能。

所述的機器人的定位跟隨功能，由機器人本體的主控制器模塊一控制定位模塊和行動模塊與遙控器的各個模塊相互配合實現，其工作流程如下。

遙控器通過無線藍牙從模塊與機器人主體的無線藍牙主模塊無線連接，進行無線藍牙通信。遙控器的按鍵有「啟動」、「停止」兩個指令通過藍牙發送。一旦機器人主體的無線藍牙模塊接收到「啟動」指令，機器人主體將會持續發送無線電信號，遙控器接收到無線電信號，將會通過超聲波發射模塊發送超聲波信號。機器人主體通過超聲波接收模塊接收超聲波信號，主控制器對接收的超聲波信號進行計算和處理定位遙控器使用者位置，再通過控制行動模塊實現對遙控器使用者的跟隨。當機器人主體的無線藍牙模塊接收到「停止」指令時，機器人主體將會停止發送無線電信號，從而控制機器人主體停止對遙控器使用者的跟隨。

需要說明的是主控制器判斷遙控器使用者的位置在0.5米以內時，將不會啟動行動模塊對遙控器使用者進行跟隨，機器人主體將會保持相對穩定的狀態，方便接下來採集遙控器使用者信息。

所述的機器人的人體行為識別功能，由機器人本體的主控制器模塊一控制信息採集模塊和數據處理模塊實現，其工作流程如下。

信息採集模塊包括的串口攝像頭通過主控制器內部的串口通信方式與數據處理模塊相連，進行SPI通信。攝像頭在靜態背景下實時採集遙控器使用者的動態視頻圖像序列，通過SPI通信，實時傳輸至數據處理模塊。數據處理模塊使用一系列圖像處理算法，識別遙控器使用者當前的行為，並將識別結果反饋給主控制器。

所述的機器人的人機互動功能，由機器人本體的主控制器模塊一控制硬體交互模塊實現，其工作流程如下。

硬體交互模塊包括OLED顯示屏、語音模塊、電容觸控螢幕、按鍵。語音模塊通過讀選通端和寫選通端與機器人主體的主控制器的讀選通端和寫選通端相連接，語音模塊包含MIC（拾音器）和揚聲器，進而進行語音交互。OLED顯示屏、電容觸控螢幕、按鍵與機器人的主控制器對應的GPIO相連接，進而進行圖像顯示與界面交互。本發明的人機互動主要包括語音交互與圖像顯示，且受控於主控制器的指令。

本發明所述的機器人使用時，首先接收遙控器的啟動指令，從而對遙控器使用者進行定位跟隨，跟隨到指定範圍之內，根據預先設定的時間開啟不同的工作模式。

若時間在用戶設定的起床時間和睡覺時間的區間內，機器人開啟監督遙控器使用者的工作模式，監督遙控器使用者使用電子設備情況。機器人本體的主控制器模塊一控制信息採集模塊和數據處理模塊識別遙控器使用者當前的行為。若識別到遙控器使用者使用電子設備的行為，由主控制器模塊一進行累計遙控器使用者使用電子設備的時長。滿45分鐘時，主控制器模塊一啟動硬體交互模塊實現人機互動功能提醒遙控器使用者休息3分鐘。進行人機互動的同時，繼續識別使用者當前行為。若識別的行為仍然是遙控器使用者在使用電子設備，主控制器模塊一控制硬體交互模塊不斷與遙控器使用者進行人機互動，直到遙控器使用者不再使用電子設備開始休息。當人機互動一直持續十分鐘時，機器人本體仍然識別到遙控器使用者在使用電子產品，機器人本體的主控制器模塊一啟動GPRS模塊將使用者的情況反饋給其監護人。

需要說明的是主控制器模塊一累計使用電子設備的時長會在用戶自己設定的起床時間清零，也即主控制器模塊一累計的是每日使用電子設備時長。

若時間在睡覺時間，機器人開啟提醒遙控器使用者睡覺的工作模式。機器人主體的主控制器模塊一會控制硬體交互模塊與使用者進行人機互動提醒遙控器使用者睡覺。

若時間在起床時間，機器人開啟提醒遙控器使用者起床的工作模式。機器人主體的主控制器模塊一會控制硬體交互模塊與使用者進行人機互動提醒遙控器使用者起床。每隔兩分鐘進行一次叫醒服務。在每次叫醒服務之前，機器人本體的主控制器模塊一控制信息採集模塊和數據處理模塊識別遙控器使用者當前的行為。若識別到遙控器使用者已經起床則不再繼續叫醒服務；若識別到遙控器使用者仍然未起床，則繼續進行叫醒服務。如果叫醒服務已經累計進行5次，仍然識別到遙控器使用者未起床，在繼續進行叫醒服務的同時，機器人本體的主控制器模塊一啟動GPRS模塊將使用者的情況反饋給其監護人。

本發明的青少年智能監督提醒機器人具備的優點：實現了監督青少年使用電子設備時間過長和晚睡晚起這些不良情況，並通過友好的人機互動提醒青少年改善不良的行為習慣，同時青少年使用者的監護人也可以實時得到青少年使用者的情況。具體來說，就是。

（1）不需要監護人時時刻刻監督青少年使用者的使用電子產品情況以及不需要督促青少年使用者睡覺和起床，這些工作全由機器人可以代替。

（2）可以幫助青少年使用者改善使用電子時長過長的不良習慣，養成使用一定時間休息一段時間的好習慣，而且到達一定使用限額，機器人會不斷提醒使用者不能再使用電子設備。

（3）可以幫助青少年使用者養成早睡早起的好習慣。本發明有著更加人性化地叫醒服務，青少年使用者不用再擔心因為沒聽到鬧鐘而睡過頭的情況發生。

附圖說明

圖1為青少年監督提醒機器人整體結構示意圖。

圖2為遙控器整體結構示意圖。

圖3為目標物體識別過程結構圖。

圖4為目標物體圖像處理結構圖。

圖5為目標物體行為判斷結構圖。

圖6為機器人系統GPRS通信模塊示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本發明作進一步闡述。

實施例1。

參照附圖1。

機器人主體包括主控制器模塊一、定位模塊、行動模塊、信息採集模塊、數據處理模塊、硬體交互模塊、無線通信模塊、電源模塊；其中，定位模塊由無線收發模塊和超聲波接收模塊構成；行動模塊由電機驅動、左電機、右電機和避障模塊構成；信息採集模塊主要包含串口攝像頭；數據處理模塊使用DSP晶片；硬體交互模塊由OLED顯示屏、語音模塊、電容觸控螢幕、按鍵構成，語音模塊還包含語音識別晶片、MIC、揚聲器；無線通信模塊包括無線藍牙主模塊和GPRS模塊。主控器模塊，優先選用STM32單片機；數據處理模塊，優先選用TMS320F28335晶片。無線藍牙主模塊，優先選用HC-05；GPRS模塊，優先選用SIM900A晶片。

實施例2。

參照附圖2。

本發明的遙控器包括遙控器主控制器模塊二，以及與遙控器主控制器模塊二連接的無線收發模塊、電源、超聲波發射模塊、遙控器按鍵和無線藍牙從模塊。本發明的遙控器固定於一個手環內，佩戴在使用者的手腕上。在本發明中是利用超聲波測距技術和定位技術完成機器人主體對遙控器的定位。為了減少定位誤差，本發明採用坐標系定位算法。為了實現機器人和遙控器的實時跟隨，在機器人和遙控器中均安裝了無線收發裝置。機器人主體向遙控器發送無線信號，無線信號為機器人對遙控器的反饋信號，遙控器接收到反饋信號之後，啟動超聲波發射模塊向機器人主體發射超聲波信號。機器人主體的超聲波接收模塊接收來自遙控器發射的超聲波信號，主控制器對接收的超聲波信號進行計算和處理定位遙控器的位置，實現對遙控器的定位。

實施例3。

參照附圖3。

本發明的目標識別流程主要分為三大部分。第一大部分是前端信息採集部分，前端信息採集通過攝像設備採集使用者的動態視頻圖像序列。前端信息採集部分使用的設備包括攝像頭以及相關輔助配套攝像設備，它們都歸為前端信息採集部分。第二大部分是傳輸部分，要保證前端信息採集的數據實時快速地傳輸到後臺，如果有延遲則會造成整個系統的不精準。本發明採用的方法是運用串口通信，在單片機內部傳輸，通過SPI串口將前端信息採集數據實時傳輸至後臺處理。第三大部分是後端數據處理部分，這裡數據處理晶片預先設定好一系列圖像處理程序，根據程序處理接收的圖像序列數據，最終達到判斷人體行為的目的。

實施例4。

參照附圖4。

本發明的圖像處理思想採用了一種基於背景差方法和幀間差分法的新算法思想。因為背景差方法和幀間差方法各有優缺點，本發明將兩種方法結合起來，使它們優勢互補，從而達到克服各自缺點的目的。舉例來說，在實際場景中，因為光線原因或人為因素，背景無法保證一致。如果不進行初始化，錯誤會不斷累積，從而導致誤判這種嚴重現象的產生。所以，本發明將動態圖像連續兩幀差圖像和背景差圖像進行與操作，再將與操作之後的結果進行二值化處理得到結果。這樣得到的結果，起到了加大目標信息權重的目的，同時有著抑制靜態背景的效果，從而可以將運動目標從背景圖像中分離出來，提高接下來識別人體行為的精準度。

實施例5。

參照附圖5。

本發明的圖像識別針對三種特殊的人體行為，分別是使用電子設備行為、睡覺行為、起床行為。在本發明的目標識別系統中，對於以上三種行為，收集了一些特定的視頻，對這些視頻中的圖像序列進行處理，對不同的行為分別作了相應的標記線。再對這些圖像序列進行灰度轉化、二值化、中值濾波、向下採樣、膨脹處理、向上採樣，在二值化後的圖像中標記運動目標輪廓，最後對視頻序列中運動的人體，計算人體運動區域的中心。本發明的目標識別系統通過斜率法，分別計算移動中人體中心和三種標記線兩端斜率是否一致，當人體中心與某一種標記線兩個端點的斜率之差小於設定閾值時，就可以判斷此時的行為是該種標記線所對應的行為。

實施例6。

參照附圖6。

由圖可見，本發明的前端信息採集部分一般為靜止狀態，從而為本發明機器視覺行為檢測創建了在靜態背景下為後端數據處理模塊輸入圖像數據的先決條件。經過實施例3、實施例4介紹的一系列圖像處理方法，最後由數據處理模塊將判斷結果反饋給機器人主體的主控制器模塊一。主控制器模塊一需要啟動GPRS模塊將使用者信息反饋給其監護人時，通過GPRS模塊發送數據給運營商的信息處理中心。信息處理中心則根據使用者的監護人的手機硬體進行數據分析，用來配置合適參數，進而將信息發送到監護人手機上。