一種老年服務(wù)機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，包括人形外殼、感應(yīng)模塊、運(yùn)動(dòng)模塊、控制模塊以及供電模塊，其中，所述人形外殼包含頭部和軀干部；所述感應(yīng)模塊設(shè)置于所述人形外殼的外表面，用于感測(cè)服務(wù)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)位置；所述運(yùn)動(dòng)模塊設(shè)置于所述人形外殼的底部，用于驅(qū)動(dòng)所述老年服務(wù)機(jī)器人移動(dòng)；所述控制模塊分別通信連接至所述感應(yīng)模塊和所述運(yùn)動(dòng)模塊；以及所述供電模塊為所述感應(yīng)模塊、所述運(yùn)動(dòng)模塊以及所述控制模塊提供電能。本發(fā)明的老年服務(wù)機(jī)器不僅不受環(huán)境光線(xiàn)影響、準(zhǔn)確性高，還無(wú)需老人佩戴任何標(biāo)簽，使用簡(jiǎn)單、便捷。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種老年服務(wù)機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及健康服務(wù)電子裝置領(lǐng)域，特別涉及一種熱紅外識(shí)別跟蹤的老年服務(wù)機(jī) 器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機(jī)器人領(lǐng)域的不斷發(fā)展，家用機(jī)器人產(chǎn)品以較低售價(jià)面向家庭推廣?，F(xiàn)有的 家用機(jī)器人具有自主行走與避碰、語(yǔ)音與觸屏交互等功能，并集成安全監(jiān)控類(lèi)傳感器件，其 針對(duì)不同年齡層次的用戶(hù)需求，可以提供早期教育以及學(xué)科教育、定制化的資訊查詢(xún)與推 送、安全監(jiān)控、心理輔導(dǎo)以及輔助醫(yī)療診斷等功能。同時(shí)，隨著我國(guó)老齡化趨勢(shì)的不斷加強(qiáng)， 老年人口數(shù)量急劇增加，以及空巢老人的不斷增多，如何保證老年人健康生活將成為亟待 解決的一大社會(huì)難題。現(xiàn)有的老年服務(wù)機(jī)器人多依賴(lài)于可見(jiàn)光及其視覺(jué)跟蹤技術(shù)，但由于 該技術(shù)受光強(qiáng)變化的影響較大，在光線(xiàn)較弱時(shí)難以準(zhǔn)確定位。也有基于標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)來(lái)設(shè) 計(jì)的老年服務(wù)機(jī)器人，其需要老人實(shí)時(shí)攜帶標(biāo)簽作為定位目標(biāo)，這種識(shí)別方式不僅不便利， 還無(wú)法判斷老人具體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，功能局限性較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，本發(fā)明提供一種以熱紅外識(shí)別跟蹤技術(shù)為基 礎(chǔ)的老年服務(wù)機(jī)器人，其不僅不受環(huán)境光線(xiàn)影響、準(zhǔn)確性高，還無(wú)需老人佩戴任何標(biāo)簽，使 用簡(jiǎn)單、便捷。
[0004] 本發(fā)明提供一種老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，包括人形外殼、感應(yīng)模塊、運(yùn)動(dòng)模 塊、控制模塊以及供電模塊，其中，
[0005] 人形外殼包含頭部和軀干部；
[0006] 感應(yīng)模塊設(shè)置于人形外殼的外表面，用于感測(cè)服務(wù)對(duì)象的運(yùn)位置；
[0007] 運(yùn)動(dòng)模塊設(shè)置于人形外殼的底部，用于驅(qū)動(dòng)老年服務(wù)機(jī)器人移動(dòng)；
[0008] 控制模塊分別通信連接至感應(yīng)模塊和運(yùn)動(dòng)模塊，并且控制模塊用于從感應(yīng)模塊接 收表示服務(wù)對(duì)象位置的信息、對(duì)信息進(jìn)行分析、以及指示運(yùn)動(dòng)模塊做出相應(yīng)的移動(dòng)；以及
[0009] 供電模塊為感應(yīng)模塊、運(yùn)動(dòng)模塊以及控制模塊提供電能。
[0010]進(jìn)一步地，感應(yīng)模塊包含長(zhǎng)波紅外傳感器和紅外圖像預(yù)處理器，其中紅外圖像預(yù) 處理器用于對(duì)長(zhǎng)波紅外傳感器采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的圖像傳遞至控制 模塊。
[0011] 進(jìn)一步地，感應(yīng)模塊還包含超聲波傳感器，超聲波傳感器用于測(cè)量老年服務(wù)機(jī)器 人與服務(wù)對(duì)象之間的距離。
[0012] 進(jìn)一步地，運(yùn)動(dòng)模塊包含設(shè)置于人形外殼底部的底盤(pán)、安裝于底盤(pán)上的車(chē)輪、以及 安裝于底盤(pán)內(nèi)部的電機(jī)和減速器。
[0013] 進(jìn)一步地，老年服務(wù)機(jī)器人還包括人機(jī)交互模塊，人機(jī)交互模塊與控制模塊通信 連接，以便向控制模塊提供信息并接收來(lái)自控制模塊的指示。
[0014]進(jìn)一步地，老年服務(wù)機(jī)器人的頭部設(shè)置有用于控制老年服務(wù)機(jī)器人啟閉的開(kāi)關(guān)。 [0015]進(jìn)一步地，老年服務(wù)機(jī)器人包含報(bào)警裝置，報(bào)警裝置在控制模塊判斷出服務(wù)對(duì)象 跌到時(shí)進(jìn)行報(bào)警操作。
[0016]由于采用于上技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1.依據(jù)本發(fā)明的老年服務(wù)機(jī)器人采用熱紅外傳感器尋找并跟蹤人物目標(biāo)，提高了 系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，在環(huán)境光較弱和黑夜條件下，依然能夠可靠尋找跟蹤目標(biāo)；
[0018] 2.使用熱紅外傳感器替代可見(jiàn)光傳感器，由于提取為跟蹤目標(biāo)的熱圖像，有效的 保護(hù)了被跟蹤對(duì)象的隱私；
[0019] 3.使用小面陣熱紅外探測(cè)器尋找目標(biāo)，降低硬件成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行速度；
[0020] 4.機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外表美觀大方，適于居家使用；
[0021 ] 5.老人無(wú)需佩戴任何標(biāo)簽，使用方便；
[0022] 6.使用閾值、視頻幀差、面積匹配、質(zhì)心提取等機(jī)器視覺(jué)算法，實(shí)時(shí)計(jì)算老人位置， 并依據(jù)老人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)調(diào)整下一步動(dòng)作或進(jìn)行報(bào)警等操作，智能化程度高。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為顯示老年服務(wù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的框圖；
[0024]圖2為依據(jù)本發(fā)明的老年服務(wù)機(jī)器人的示意圖；
[0025]圖3a和3b分別為依據(jù)本發(fā)明的老年服務(wù)機(jī)器人的主視圖和側(cè)視圖。
[0026] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0027] 100人形外殼，110頭部，120軀干部，130開(kāi)關(guān)，200感應(yīng)模塊，210長(zhǎng)波紅外傳感器， 220超聲波傳感器，300運(yùn)動(dòng)模塊，310底盤(pán)，320車(chē)輪，400控制模塊，500供電模塊，600人機(jī)交 互模塊，610揚(yáng)聲器，620顯不器。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限 定本發(fā)明。
[0029] 圖1為依據(jù)本發(fā)明的老年服務(wù)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，該老年服務(wù)機(jī) 器人總體包括人形外殼100、感應(yīng)模塊200、運(yùn)動(dòng)模塊300、控制模塊400以及供電模塊500。其 中，感應(yīng)模塊200設(shè)置于人形外殼100的外表面，用于感測(cè)服務(wù)對(duì)象一一即老人一一的位置。 運(yùn)動(dòng)模塊300總體設(shè)置于人形外殼100的底部，用于驅(qū)動(dòng)老年服務(wù)機(jī)器人移動(dòng)?？刂颇K400 則設(shè)置于人形外殼100的內(nèi)部，其分別與感應(yīng)模塊200和運(yùn)動(dòng)模塊300通信連接，用于從感應(yīng) 模塊200接收服務(wù)對(duì)象的位置信息、對(duì)該位置信息進(jìn)行分析、并指示運(yùn)動(dòng)模塊300做出相應(yīng) 的移動(dòng)。供電模塊500設(shè)置于人形外殼100內(nèi)部，用于為感應(yīng)模塊200、運(yùn)動(dòng)模塊300以及控制 模塊400提供電能。
[0030] 具體來(lái)說(shuō)，如圖2所示，人形外殼100總體具有頭部110和軀干部120兩部分。在頭部 100上可以設(shè)置用于控制該老年服務(wù)機(jī)器人啟閉的開(kāi)關(guān)。感應(yīng)模塊200包含設(shè)置于人形外殼 100頭部的長(zhǎng)波紅外傳感器210和與之相連的紅外圖像預(yù)處理器。其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)波紅外傳 感器210前方物體紅外成像，如果視場(chǎng)內(nèi)有人物目標(biāo)，則將人物目標(biāo)在視野中的坐標(biāo)求出， 通過(guò)RS232通信口傳遞給控制模塊400。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)波紅外傳感器210分辨 率為80*60,傳輸幀率為7.5幀，波長(zhǎng)為8-14um，視場(chǎng)角為水平為51°，垂直視場(chǎng)為40°。熱紅外 圖像處理器由FPGA芯片及其他外圍芯片組成，用于對(duì)長(zhǎng)波紅外傳感器210采集到的一系列 圖片進(jìn)行預(yù)處理，該預(yù)處理包括:對(duì)熱紅外傳感器供電及圖像的讀取;依次使用閾值分割、 視頻幀差、面積匹配、質(zhì)心提取算法，處理讀取的熱紅外圖像，尋找人物目標(biāo)，并計(jì)算坐標(biāo)； 以及將坐標(biāo)通過(guò)RS232傳遞至控制模塊400。
[0031]其中，閾值分割算法的目的是將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值化后的圖像，閾值算法式如 下：
[0032]
[0033] 在式（1)中，f(x，y)對(duì)應(yīng)紅外熱圖像中像素點(diǎn)值，IV^T2分別表示上下限值，可以通 過(guò)實(shí)驗(yàn)得出。
[0034] 視頻幀差算法目的為將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提出來(lái)，式(2)可以用來(lái)表示幀間的差異和代表 相鄰幀之間的灰度變化，
[0035]
[0036] 其中{I(x，y)}為圖像序列，（x，y)表示像素位置，i表示幀序號(hào)（i = l，2,3,……N)， N為序列總幀數(shù)，式(2)中T為閾值。由于CDMi(x，y)表示位置(x，y)處像素點(diǎn)沿時(shí)間軸方向的 變化，因此可以根據(jù)CDMi(x，y)是否大于零進(jìn)行分段。
[0037] 面積匹配首先使用查找輪廓算法，查找輪廓算法對(duì)圖像中各像素進(jìn)行逐行掃描， 假設(shè)二值圖像中黑色為目標(biāo)，白色為背景，查找各像素8鄰點(diǎn)是否全為黑，如果是，則說(shuō)明該 點(diǎn)為人物目標(biāo)的內(nèi)部點(diǎn)，可以去除，即黑點(diǎn)變白點(diǎn)，否則保留。輪廓查找完畢后，對(duì)輪廓面積 進(jìn)行計(jì)算，選取最大輪廓即為人物目標(biāo)，隨后對(duì)該輪廓進(jìn)行填充。
[0038] 質(zhì)量中心簡(jiǎn)稱(chēng)質(zhì)心，指物質(zhì)系統(tǒng)上被認(rèn)為質(zhì)量集中于此的一個(gè)假想點(diǎn)。該系統(tǒng)取 人物目標(biāo)的質(zhì)心作為最終坐標(biāo)，本專(zhuān)利質(zhì)心提取算法如下：
[0039]
[0040]
[0041 ]式(3)中，X為圖像中人物目標(biāo)像素的橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)，對(duì)圖像中橫坐標(biāo)和縱坐 標(biāo)求和，然后除去像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，即可即可求得質(zhì)心坐標(biāo)。
[0042] 求取質(zhì)心坐標(biāo)后，將該點(diǎn)坐標(biāo)與圖像中心點(diǎn)坐標(biāo)做差后即可通過(guò)RS232串口傳遞 至控制模塊400。
[0043]另外，進(jìn)一步如圖2所示，感應(yīng)模塊200還可以包含設(shè)置于人形外殼100上的超聲波 傳感器220，以便測(cè)量老年服務(wù)機(jī)器人與服務(wù)對(duì)象之間的距離，并將測(cè)得的距離傳遞至控制 模塊400?？刂颇K400結(jié)合該距離以及由長(zhǎng)波紅外傳感器210采集的圖像來(lái)判斷服務(wù)對(duì)象 的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如行走、站立、坐著、躺下、跌到等狀態(tài)，并做出合理的應(yīng)對(duì)方案。優(yōu)選地，該 老年服務(wù)機(jī)器人還包含報(bào)警裝置，當(dāng)控制模塊400依據(jù)服務(wù)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷出其跌到 時(shí)，還可以進(jìn)行報(bào)警處理，以使跌到的老人得到及時(shí)的救治。
[0044]控制模塊400確定應(yīng)對(duì)方案后便可指示運(yùn)動(dòng)模塊300進(jìn)行相應(yīng)的操作，例如尋人、 跟蹤等。運(yùn)動(dòng)模塊300包括設(shè)置于人形外殼100底部的底盤(pán)310、安裝于底盤(pán)310上的車(chē)輪320 (見(jiàn)圖3a和3b)、以及安裝于底盤(pán)310內(nèi)部的電機(jī)和減速器。
[0045] 優(yōu)選地，依據(jù)本申請(qǐng)的老年服務(wù)機(jī)器人還可以包括由揚(yáng)聲器610和顯示器620等構(gòu) 成的人機(jī)交互模塊600。該人機(jī)交互模塊600同樣可由供電模塊500來(lái)提供電能，并與控制模 塊400通信連接，以便向控制模塊400提供信息并接收來(lái)自控制模塊400的指示。人機(jī)交互模 塊500能夠?qū)崿F(xiàn)娛樂(lè)播放、人機(jī)對(duì)話(huà)、語(yǔ)音識(shí)別等功能，使老人即便獨(dú)自在家時(shí)也不會(huì)寂寞， 是增加了本發(fā)明的人性化的設(shè)計(jì)。
[0046] 本發(fā)明的老年服務(wù)機(jī)器人不僅克服了市場(chǎng)上現(xiàn)有老年服務(wù)裝置準(zhǔn)確率低、功能單 一等缺陷，還具有外表美觀大方、使用方便以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，由其是判斷老人跌倒并報(bào)警 的功能，有效避免了老人因不能及時(shí)救治而造成的不良后果，特別適用于當(dāng)今社會(huì)越來(lái)越 多的空巢老人。
[0047] 以上實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此 而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不 脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因 此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，包括人形外殼、感應(yīng)模塊、運(yùn)動(dòng)模塊、控制模塊以 及供電模塊，其中， 所述人形外殼包含頭部和軀干部； 所述感應(yīng)模塊設(shè)置于所述人形外殼的外表面； 所述運(yùn)動(dòng)模塊設(shè)置于所述人形外殼的底部； 所述控制模塊分別通信連接至所述感應(yīng)模塊和所述運(yùn)動(dòng)模塊，并且所述控制模塊從所 述感應(yīng)模塊接收表示所述服務(wù)對(duì)象位置的信息、對(duì)所述信息進(jìn)行分析、以及指示所述運(yùn)動(dòng) 模塊做出相應(yīng)的移動(dòng)；以及 所述供電模塊為所述感應(yīng)模塊、所述運(yùn)動(dòng)模塊以及所述控制模塊提供電能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述感應(yīng)模塊包含長(zhǎng)波紅外傳 感器和紅外圖像預(yù)處理器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述感應(yīng)模塊還包含超聲波傳 感器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)模塊包含設(shè)置于所述 人形外殼底部的底盤(pán)、安裝于所述底盤(pán)上的車(chē)輪、以及安裝于所述底盤(pán)內(nèi)部的電機(jī)和減速 器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述老年服務(wù)機(jī)器人還包括人 機(jī)交互模塊，所述人機(jī)交互模塊與所述控制模塊通信連接并向所述控制模塊提供信息以及 接收來(lái)自所述控制模塊的指示。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述老年服務(wù)機(jī)器人的所述頭 部設(shè)置有用于控制所述老年服務(wù)機(jī)器人啟閉的開(kāi)關(guān)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的老年服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述老年服務(wù)機(jī)器人包含報(bào)警 裝置，所述報(bào)警裝置在所述控制模塊判斷出服務(wù)對(duì)象跌到時(shí)進(jìn)行報(bào)警操作。
【文檔編號(hào)】B25J11/00GK105945969SQ201610545656
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】魯湛, 王宇軒, 馬貝, 代作曉, 魯立, 劉穎
【申請(qǐng)人】太倉(cāng)光電技術(shù)研究所