智能語音導(dǎo)游機器人及其路徑尋優(yōu)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能語音導(dǎo)游機器人，采用上下兩層式的車身設(shè)計，車身上層設(shè)有攝像頭、聲吶環(huán)、紅外感應(yīng)器、錄放音模塊以及控制器，車身下層設(shè)有底盤、電機、電機驅(qū)動器、蓄電池組、電源轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動輪以及萬向輪。智能語音導(dǎo)游機器人根據(jù)最優(yōu)路線L帶著游客參觀景區(qū)的每個景點，通過聲吶環(huán)、紅外感應(yīng)器、攝像頭來控制機器人行進(jìn)的速度以及合理的進(jìn)行避障，智能語音導(dǎo)游器人每到一個景點，攝像頭確認(rèn)到達(dá)相應(yīng)景點后，錄放音模塊自動開啟，機器人就會自動播放介紹該景點的語音介紹信息，播放完畢后，機器人會在這個景點逗留一段可設(shè)置的時間后前往下個景點，直至帶游客參觀完最優(yōu)路線L上的所有的景點。
【專利說明】
智能語音導(dǎo)游機器人及其路徑尋優(yōu)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機器人應(yīng)用領(lǐng)域，尤其設(shè)及了一種智能語音導(dǎo)游機器人及其路徑尋優(yōu) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代機器人技術(shù)的快速發(fā)展，原本遙不可及的機器人現(xiàn)在已經(jīng)開始慢慢滲透 到我們的日常生活中。機器人不只是傳統(tǒng)意義上的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，它正朝著民用化，小型 化，智能化的方向發(fā)展，并不斷服務(wù)于人類生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。同時隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人 們的生活水平也在日益提高，在運個溫飽已不能滿足人們的日常需求的年代，越來越多的 人已經(jīng)著眼于提高生活質(zhì)量，享受生活樂趣，隨之而來也就推動著旅游業(yè)的迅速發(fā)展。如果 每個規(guī)模稍大的景區(qū)都要安排許許多多的導(dǎo)游的話，那必將耗費大量的人力物力財力，導(dǎo) 游的工作量大，耗費時間，而且難免有時會帶些個人情緒的因素，運些弊端都將暴露無遺。 導(dǎo)游的作用也就是將旅客帶到各個景點，然后介紹運個景點運一系列機械化的過程，運樣 單一內(nèi)容的工作極大的浪費資源。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)代旅游業(yè)聘用大量導(dǎo)游而導(dǎo)致浪費大量的人 力物力財力所帶來的一系列問題，提出了一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、實用性強、人機 交互性能優(yōu)良的智能語音導(dǎo)游機器人及其路徑尋優(yōu)方法。
[0004] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案之一是提供一種智能語音導(dǎo)游機器人，采用上下兩層 式的車身設(shè)計，車身上層設(shè)有攝像頭、聲響環(huán)、紅外感應(yīng)器、錄放音模塊W及控制器，車身下 層設(shè)有底盤、電機、電機驅(qū)動器、蓄電池組、電源轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動輪W及萬向輪；
[0005] 聲響環(huán)、紅外感應(yīng)器、攝像頭W及錄放音模塊分別與控制器電連接通信;控制器還 與電機驅(qū)動器電連接、控制器輸出驅(qū)動信號至電機驅(qū)動器；電機驅(qū)動器驅(qū)動電機從而帶動 驅(qū)動輪運動；蓄電池組和電源轉(zhuǎn)換模塊組成電源模塊，蓄電池組通過電源轉(zhuǎn)換模塊給紅外 感應(yīng)器、聲響環(huán)、攝像頭、控制器、錄放音模塊、電機驅(qū)動器及電機供電；
[0006] 聲響環(huán)采用4至10個聲響組成;所有聲響W車頭的中央軸線為對稱中屯、左右對稱 設(shè)置在車頭的左部和右部；紅外感應(yīng)器設(shè)置于車頭的最前部正中央;紅外感應(yīng)器通過發(fā)出 的紅外光線可W對行進(jìn)中的機器人進(jìn)行實時測速，一旦機器人速度超過限定速度時，紅外 感應(yīng)器會將信號發(fā)送至控制器，控制器會發(fā)出控制信號至電機驅(qū)動器，從而控制機器人停 止向前行進(jìn)，運就能使機器人合理地控制其行進(jìn)速度;攝像頭設(shè)置在車頭的前部中央最上 方;錄放音模塊的內(nèi)存中存有景區(qū)各個景點的語音介紹信息;攝像頭用于在機器人到達(dá)相 應(yīng)景點后，通過捕捉相應(yīng)景點處的預(yù)設(shè)標(biāo)識物來確定已經(jīng)到達(dá)相應(yīng)景點，然后向控制器發(fā) 送確認(rèn)信息，控制器收到后向錄放音模塊發(fā)送命令，錄放音模塊在每到一處景點就會收到 控制器發(fā)送過來的命令而播放事先錄好的該處景點介紹的錄音;景點的位置信息存儲在控 制器中；
[0007] 所述智能語音導(dǎo)游機器人根據(jù)最優(yōu)路線L帶著游客參觀景區(qū)的每個景點，通過聲 響環(huán)、紅外感應(yīng)器、攝像頭來控制機器人行進(jìn)的速度W及合理的進(jìn)行避障，智能語音導(dǎo)游機 器人每到一個景點，攝像頭確認(rèn)到達(dá)相應(yīng)景點后，錄放音模塊自動開啟，機器人就會自動播 放介紹該景點的語音介紹信息，播放完畢后，機器人會在運個景點逗留一段可設(shè)置的時間 后前往下個景點，直至帶游客參觀完最優(yōu)路線L上的所有的景點。
[0008] 進(jìn)一步的，驅(qū)動輪設(shè)置為前輪;后輪采用中央單個萬向輪或?qū)ΨQ雙萬向輪。
[0009] 進(jìn)一步的，相鄰2個聲響之間的中屯、角均為20度;紅外感應(yīng)器設(shè)置于車頭的最前部 正中央，紅外感應(yīng)器設(shè)置于弧形分布的聲響環(huán)的正中央空曠處。
[0010] 進(jìn)一步的，攝像頭設(shè)置在紅外感應(yīng)器和聲響環(huán)的上方，且攝像頭與紅外感應(yīng)器均 位于車身的中央軸線上。
[0011] 進(jìn)一步的，蓄電池組采用侶酸電池；電源轉(zhuǎn)換模塊將蓄電池組的輸出電流進(jìn)行轉(zhuǎn) 換后給各模塊供電。
[0012] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案之二是提供上述智能語音導(dǎo)游機器人通過路徑尋優(yōu) 方法獲取最優(yōu)路線L的方法其特征在于包括如下幾個步驟：
[0013] A、將所在景區(qū)的所有景點的坐標(biāo)信息錄入到機器人的控制器的存儲器中，機器人 的控制系統(tǒng)對運些坐標(biāo)信息進(jìn)行地圖建模，對環(huán)境信息進(jìn)行坐標(biāo)處理；
[0014] B、利用景點的坐標(biāo)信息，計算景點間的相互距離，根據(jù)距離信息初始化信息素矩 陣；
[0015] C、設(shè)置初始參數(shù)，包括蟻群規(guī)模、信息素重要程度因子、啟發(fā)函數(shù)重要程度因子、 信息素?fù)]發(fā)因子、信息素釋放總量、最大迭代次數(shù)和迭代次數(shù)初值；
[0016] D、將媽蟻隨機置于不同的景點，按照全局路程最短化的需求通過概率if隨機選擇 下一個待訪問的景點，直到訪問完所有的景點；
[0017]其中，媽蟻k在t時刻從景點i轉(zhuǎn)移至憬點j的概率if為：
[001 引
[0019]式中：all〇wk(k=l，2, . . .，m)為媽蟻k待訪問景點的集合，開始時，allow沖有(n- 1)個元素，即包括除了媽蟻k出發(fā)景點的其他所有景點，隨著時間的推進(jìn)，allowk中的元素 逐漸減少，直至為空，即表示所有的景點均訪問完畢;nu(t)為啟發(fā)函數(shù)，表示t時刻媽蟻從 景點i轉(zhuǎn)移到景點j的期望程度，計算公式如下:nu(t) = c/du，c為一常數(shù)，C的作用加強了 下一步轉(zhuǎn)移中選擇距離當(dāng)前柵格較近的柵格的概率;a為信息素重要程度因子，其值越大， 表示信息素的濃度在轉(zhuǎn)移中起的作用越大;e為啟發(fā)函數(shù)重要程度因子，其值越大，表示啟 發(fā)函數(shù)在轉(zhuǎn)移中的作用越大，即媽蟻會W較大的概率轉(zhuǎn)移到距離短的景點；Tu(t)表示在t 時刻景點i、j間路徑上的信息素濃度；Tis(t)表示在t時刻景點i、s間路徑上的信息素濃度； rUs(t)表示t時刻媽蟻從景點i轉(zhuǎn)移到景點S的期望程度；
[0020] E、媽蟻在釋放信息素的同時，各個景點間連接路徑上的信息素逐漸消失，因此，當(dāng) 所有媽蟻完成一次循環(huán)后，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進(jìn)行實時更新；
[0021] F、若沒有達(dá)到最大迭代次數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟D;否則，終止迭代，輸出最優(yōu)解，也即輸出 最優(yōu)路線L。
[0022] 講一巧的，巧驟B中，報據(jù)距離信息初始化信息素矩陣的初始化方法如下：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 式中，dij為景點i與景點j之間距離，之為兩兩景點間距離的平均值，M為景點i與 景點j之間距離占平均距離的比重，n為所在景區(qū)的景點的總數(shù)量，A為權(quán)重系數(shù);TU(O)表示 初始化的信息素矩陣。
[0027] 進(jìn)一步的，步驟E中，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進(jìn)行實時更新的更新 原則如下：
[002引 Tij(t+l) = (l-p)Tij(t)+A ~，
[0029]
[0030]
[0031] 式中，Tu(t+1)表示t+1時刻景點i、j間的信息素濃度；ATl康示所有媽蟻在景點i 與景點j連接路徑上釋放的信息素濃度之和，表示第k只媽蟻在景點i與景點j連接路徑 上釋放的信息素濃度，C為權(quán)重系數(shù)，Q為常數(shù)，表示媽蟻循環(huán)一次所釋放的信息素總量;Lk 為第k只幅蟻經(jīng)巧路巧的長麼:P為信息素?fù)]發(fā)系數(shù)，計算公式如下：
[0032]
[0033] 式中，Tl, T2分別為區(qū)分前期和后期的臨界時間點;A，B，C是屬于(0，1)的一個比例 系數(shù)，A較大，C較小，B介于A，C之間，表明揮發(fā)系數(shù)P在尋優(yōu)初期較大，給予媽蟻更大的概率 去選擇不同的路徑，后期逐漸減小，增強算法的全局收斂能力。
[0034] 本發(fā)明具有積極的效果：（1)本發(fā)明提出了一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、實用 性強、人機交互性能優(yōu)良的智能語音導(dǎo)游機器人，對于機器人向著小型化、智能化發(fā)展具有 重要推動作用。
[0035] (2)本發(fā)明采用蟻群算法進(jìn)行路徑尋優(yōu)，將問題化解為普通的旅行商問題，智能語 音導(dǎo)游機器人按著規(guī)劃好的最優(yōu)路線將游客依次帶到各個景點，讓游客能在最短的時間內(nèi) 參觀完所有的景點，節(jié)約了大量的時間，同時也節(jié)省了大量的人力物力。
[0036] (3)本發(fā)明對旅游業(yè)的改造具有重要意義，為景區(qū)減少了大量的勞動力，同時也 只需支出初期成本，后期節(jié)省了大量勞動力的工資，對于旅游業(yè)的長足發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明的智能語音導(dǎo)游機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明的智能語音導(dǎo)游機器人的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明的智能語音導(dǎo)游機器人的路徑規(guī)劃流程圖。
[0040] 上述附圖中的標(biāo)記如下：
[0041] 紅外感應(yīng)器1，聲響環(huán)2,攝像頭3,控制器4,錄放音模塊5,底盤6,電機驅(qū)動器7,蓄 電池組8，電機9，電源轉(zhuǎn)換模塊10，萬向輪11，驅(qū)動輪12。
【具體實施方式】
[0042] (實施例1)
[0043] 見圖1，本實施例的智能語音導(dǎo)游機器人（W下簡稱機器人)是采用車輪驅(qū)動的車 型機器人，如圖1所示的本實施例的智能語音導(dǎo)游機器人的左部為車尾、右部為車頭，本實 施例的智能語音導(dǎo)游機器人采用上下兩層式的車身設(shè)計，車身上層設(shè)有攝像頭3、聲響環(huán)2、 紅外感應(yīng)器1、錄放音模塊5W及控制器4,車身下層設(shè)有底盤6、電機9、電機驅(qū)動器7、蓄電池 組8、電源轉(zhuǎn)換模塊10、驅(qū)動輪12W及萬向輪11。
[0044] 本實施例的智能語音導(dǎo)游機器人的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所述，聲響環(huán)2、紅外 感應(yīng)器1、攝像頭3W及錄放音模塊5分別與控制器4電連接通信;控制器4還與電機驅(qū)動器7 電連接、控制器4輸出驅(qū)動信號至電機驅(qū)動器7;電機驅(qū)動器7驅(qū)動電機9從而帶動驅(qū)動輪12 運動；蓄電池組8和電源轉(zhuǎn)換模塊10組成電源模塊，蓄電池組8通過電源轉(zhuǎn)換模塊10給紅外 感應(yīng)器1、聲響環(huán)2、攝像頭3、控制器4、錄放音模塊5、電機驅(qū)動器7及電機9供電?？刂破?采 用高性能32位甜2系列可編程控制器。
[0045] 仍見圖1，本實施例中，驅(qū)動輪12設(shè)置為前輪，即本實施例的智能語音導(dǎo)游機器人 采用前輪驅(qū)動的形式，后輪采用中央單個萬向輪11或?qū)ΨQ雙萬向輪11的形式。
[0046] 聲響環(huán)2采用8個聲響組成，用于物體檢測、距離檢測、自動避障、定位和導(dǎo)航，8個 聲響W車頭的中央軸線為對稱中屯、左右對稱設(shè)置在車頭的左部和右部，相鄰2個聲響之間 的中屯、角均為20度，運樣保證了 4個聲響位于車頭的中央軸線的左側(cè)，另外4個聲響位于車 頭的中央軸向的右側(cè)，運種聲響陣的布置可W為機器人提供360度無縫檢測，機器人在工作 時，前方視野非常開闊，可W實現(xiàn)運行過程中的自動定位W及導(dǎo)航，尤其前方遇到障礙物的 時候可W實現(xiàn)自動避障。紅外感應(yīng)器1設(shè)置于車頭的最前部正中央，本實施例中紅外感應(yīng) 器1設(shè)置于弧形分布的聲響環(huán)2的正中央空曠處;紅外感應(yīng)器1通過發(fā)出的紅外光線可W對 行進(jìn)中的機器人進(jìn)行實時測速，一旦機器人速度超過限定速度時，紅外感應(yīng)器1會將信號發(fā) 送至控制器4,控制器4會發(fā)出控制信號至電機驅(qū)動器7,從而控制機器人停止向前行進(jìn)，運 就能使機器人合理地控制其行進(jìn)速度。
[0047] 攝像頭3采用PTZ攝像頭，PTZ攝像頭在目標(biāo)出現(xiàn)后可W進(jìn)行自主自動的PTZ跟蹤， 并自動控制PTZ攝像機的云臺進(jìn)行全方位旋轉(zhuǎn)，W確保跟蹤目標(biāo)持續(xù)出現(xiàn)在鏡頭中央。攝像 頭3設(shè)置在車頭的前部中央最上方，本實施例中攝像頭3設(shè)置在紅外感應(yīng)器I和聲響環(huán)2的上 方，且攝像頭3與紅外感應(yīng)器1均位于車身的中央軸線上。錄放音模塊5的內(nèi)存中存有景區(qū)各 個景點的語音介紹信息。攝像頭3用于在機器人到達(dá)相應(yīng)景點后，通過捕捉相應(yīng)景點處的預(yù) 設(shè)標(biāo)識物來確定已經(jīng)到達(dá)相應(yīng)景點，然后向控制器4發(fā)送確認(rèn)信息，控制器4收到后向錄放 音模塊5發(fā)送命令，錄放音模塊5在每到一處景點就會收到控制器4發(fā)送過來的命令而播放 事先錄好的該處景點介紹的錄音，運樣就克服了難免存在的人為情緒因素。
[0048] 所述蓄電池組8采用侶酸電池。電源轉(zhuǎn)換模塊10用于將蓄電池組8的輸出電流進(jìn)行 轉(zhuǎn)換后給各模塊供電。
[0049] 本實施例的智能語音導(dǎo)游機器人在工作前先由工作人員將所用景區(qū)各個景點的 語音介紹信息存入錄放音模塊5的內(nèi)存中，W便機器人工作時隨時調(diào)用，同時將進(jìn)行坐標(biāo)處 理過的景點位置信息輸入到機器人的控制系統(tǒng)中，機器人的控制系統(tǒng)通過路徑尋優(yōu)方法得 到行進(jìn)路線，運用蟻群算法對行走路線進(jìn)行規(guī)劃，尋找出一條節(jié)約時間的最優(yōu)路線L。準(zhǔn)備 就緒后，待游客到位，機器人就可W根據(jù)最優(yōu)路線L帶著游客去參觀該景區(qū)的每個景點，通 過聲響環(huán)2、紅外感應(yīng)器1、攝像頭3來控制機器人行進(jìn)的速度W及合理的進(jìn)行避障，機器人 每到一個景點，錄放音模塊5自動開啟，機器人就會自動播放介紹該景點的語音介紹信息， 播放完畢后，機器人會在運個景點逗留一段可設(shè)置的時間后前往下個景點，直至帶游客參 觀完最優(yōu)路線L上的所有的景點。
[0050] 本實施例的智能語音導(dǎo)游機器人的控制系統(tǒng)的路徑尋優(yōu)方法包括如下幾個步驟：
[0051] A、將所在景區(qū)的所有景點的坐標(biāo)信息錄入到機器人的控制器4的存儲器中，機器 人的控制系統(tǒng)對運些坐標(biāo)信息進(jìn)行地圖建模，對環(huán)境信息進(jìn)行坐標(biāo)處理；
[0052] B、利用景點的坐標(biāo)信息，計算景點間的相互距離，根據(jù)距離信息初始化信息素矩 陣；
[0053] 其中，初始化方法如下：
[0化<
[0化！
[0化<
[0057] 式中，du為景點i與景點j之間距離，過為兩兩景點間距離的平均值，M為景點i與景 點j之間距離占平均距離的比重，n為所在景區(qū)的景點的總數(shù)量，A為權(quán)重系數(shù)。TU(O)表示初 始化的信息素矩陣。
[0058] C、設(shè)置初始參數(shù)，包括蟻群規(guī)模、信息素重要程度因子、啟發(fā)函數(shù)重要程度因子、 信息素?fù)]發(fā)因子、信息素釋放總量、最大迭代次數(shù)和迭代次數(shù)初值；
[0化9] D、將媽蟻隨機置于不同的景點，按照全局路程最短化的需求通過概率磅隨機選擇 下一個待訪問的景點，直到訪問完所有的景點；
[0060]其中，媽蟻k在t時刻從景點i轉(zhuǎn)移到景點j的概率為：
[0061 ]
[00創(chuàng)式中：allowk化=1,2, . . .，m)為媽蟻k待訪問景點的集合，開始時，allow沖有(n- 1)個元素，即包括除了媽蟻k出發(fā)景點的其他所有景點，隨著時間的推進(jìn)，allowk中的元素 逐漸減少，直至為空，即表示所有的景點均訪問完畢;nu(t)為啟發(fā)函數(shù)，表示t時刻媽蟻從 景點i轉(zhuǎn)移到景點j的期望程度，計算公式如下:nu(t) = c/du，c為一常數(shù)，C的作用加強了 下一步轉(zhuǎn)移中選擇距離當(dāng)前柵格較近的柵格的概率;a為信息素重要程度因子，其值越大， 表示信息素的濃度在轉(zhuǎn)移中起的作用越大;e為啟發(fā)函數(shù)重要程度因子，其值越大，表示啟 發(fā)函數(shù)在轉(zhuǎn)移中的作用越大，即媽蟻會W較大的概率轉(zhuǎn)移到距離短的景點；Tu(t)表示在t 時刻景點i、j間路徑上的信息素濃度；Tis(t)表示在t時刻景點i、s間路徑上的信息素濃度； rUs(t)表示t時刻媽蟻從景點i轉(zhuǎn)移到景點S的期望程度。
[0063] E、媽蟻在釋放信息素的同時，各個景點間連接路徑上的信息素逐漸消失，因此，當(dāng) 所有媽蟻完成一次循環(huán)后，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進(jìn)行實時更新，更新原 則如下：
[0064] Tii(t+l) = (l-p)xii(t)+A Tii,
[006
[006
[0067]式中，Tu(t+1)表示t+1時刻景點i、j間的信息素濃度；ATl康示所有媽蟻在景點i 與景點j連接路徑上釋放的信息素濃度之和，A<表示第k只媽蟻在景點i與景點j連接路徑 上釋放的信息素濃度，C為權(quán)重系數(shù)，Q為常數(shù)，表示媽蟻循環(huán)一次所釋放的信息素總量;Lk 為第k只媽蟻經(jīng)過路徑的長度;P為信息素?fù)]發(fā)系數(shù)，計算公式如下：
[006引
1234 式中，Tl, T2分別為區(qū)分前期和后期的臨界時間點;A，B，C是屬于(0，1)的一個比例 系數(shù)，A較大，C較小，B介于A，C之間，表明揮發(fā)系數(shù)P在尋優(yōu)初期較大，給予媽蟻更大的概率 去選擇不同的路徑，后期逐漸減小，增強算法的全局收斂能力。 2 F、若沒有達(dá)到最大迭代次數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟D;否則，終止迭代，輸出最優(yōu)解，也即輸出 最優(yōu)路線レ 3
[0071 ]如圖3所示，路徑尋優(yōu)方法的流程如下： 4 SOl:根據(jù)景點位置信息進(jìn)行環(huán)境建模；
[0073] S02:根據(jù)景點間距離信息初始化信息素矩陣；
[0074] S03:初始化其他參數(shù)信息；
[0075] S04:將媽蟻隨機置于某個景點作為起始點，根據(jù)概率公式選擇下一景點；
[0076] S05:所有媽蟻都完成本輪迭代后，進(jìn)行全局信息素更新，得到本輪最優(yōu)路徑；
[0077] S06:判斷迭代次數(shù)是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若沒有達(dá)到，轉(zhuǎn)S04:否則轉(zhuǎn)S07;
[007引 S07:終止迭代，輸出最優(yōu)路徑。
[0079] 從W上不難發(fā)現(xiàn)，該智能語音導(dǎo)游機器人結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于上手，且智能 化程度較高，非常迎合如今發(fā)展的信息智能化時代，對于推動我國機器人朝著小型化、智 能化方向發(fā)展有著重要意義。
[0080] 顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的 實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可W做出其 它不同形式的變化或變動。運里無需也無法對所有的實施方式予W窮舉。而運些屬于本發(fā) 明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項】
1. 一種智能語音導(dǎo)游機器人，其特征在于:采用上下兩層式的車身設(shè)計，車身上層設(shè)有 攝像頭(3)、聲吶環(huán)(2)、紅外感應(yīng)器(1)、錄放音模塊(5)以及控制器(4)，車身下層設(shè)有底盤 (6)、電機(9)、電機驅(qū)動器（7)、蓄電池組(8)、電源轉(zhuǎn)換模塊（10)、驅(qū)動輪（12)以及萬向輪 (11); 聲吶環(huán)(2)、紅外感應(yīng)器（1)、攝像頭(3)以及錄放音模塊(5)分別與控制器(4)電連接通 信;控制器(4)還與電機驅(qū)動器(7)電連接、控制器(4)輸出驅(qū)動信號至電機驅(qū)動器(7);電機 驅(qū)動器(7)驅(qū)動電機(9)從而帶動驅(qū)動輪（12)運動；蓄電池組(8)和電源轉(zhuǎn)換模塊（10)組成 電源模塊，蓄電池組(8)通過電源轉(zhuǎn)換模塊（10)給紅外感應(yīng)器（1)、聲吶環(huán)(2)、攝像頭(3)、 控制器(4)、錄放音模塊(5)、電機驅(qū)動器(7)及電機(9)供電； 聲吶環(huán)(2)采用4至10個聲吶組成;所有聲吶以車頭的中央軸線為對稱中心左右對稱設(shè) 置在車頭的左部和右部;紅外感應(yīng)器（1)設(shè)置于車頭的最前部正中央;紅外感應(yīng)器（1)通過 發(fā)出的紅外光線可以對行進(jìn)中的機器人進(jìn)行實時測速，一旦機器人速度超過限定速度時， 紅外感應(yīng)器（1)會將信號發(fā)送至控制器(4)，控制器(4)會發(fā)出控制信號至電機驅(qū)動器(7)， 從而控制機器人停止向前行進(jìn)，這就能使機器人合理地控制其行進(jìn)速度;攝像頭(3)設(shè)置在 車頭的前部中央最上方;錄放音模塊(5)的內(nèi)存中存有景區(qū)各個景點的語音介紹信息;攝像 頭（3)用于在機器人到達(dá)相應(yīng)景點后，通過捕捉相應(yīng)景點處的預(yù)設(shè)標(biāo)識物來確定已經(jīng)到達(dá) 相應(yīng)景點，然后向控制器(4)發(fā)送確認(rèn)信息，控制器(4)收到后向錄放音模塊(5)發(fā)送命令， 錄放音模塊(5)在每到一處景點就會收到控制器(4)發(fā)送過來的命令而播放事先錄好的該 處景點介紹的錄音;景點的位置信息存儲在控制器(4)中； 所述智能語音導(dǎo)游機器人根據(jù)最優(yōu)路線L帶著游客參觀景區(qū)的每個景點，通過聲吶環(huán) (2)、紅外感應(yīng)器（1)、攝像頭(3)來控制機器人行進(jìn)的速度以及合理的進(jìn)行避障，智能語音 導(dǎo)游機器人每到一個景點，攝像頭(3)確認(rèn)到達(dá)相應(yīng)景點后，錄放音模塊(5)自動開啟，機器 人就會自動播放介紹該景點的語音介紹信息，播放完畢后，機器人會在這個景點逗留一段 可設(shè)置的時間后前往下個景點，直至帶游客參觀完最優(yōu)路線L上的所有的景點。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能語音導(dǎo)游機器人，其特征在于:驅(qū)動輪（12)設(shè)置為前輪； 后輪采用中央單個萬向輪(11)或?qū)ΨQ雙萬向輪(11)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能語音導(dǎo)游機器人，其特征在于:相鄰2個聲吶之間的中 心角均為20度;紅外感應(yīng)器（1)設(shè)置于車頭的最前部正中央，紅外感應(yīng)器（1)設(shè)置于弧形分 布的聲吶環(huán)(2)的正中央空曠處。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的智能語音導(dǎo)游機器人，其特征在于:攝像頭(3)設(shè)置在 紅外感應(yīng)器(1)和聲吶環(huán)(2)的上方，且攝像頭(3)與紅外感應(yīng)器(1)均位于車身的中央軸線 上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的智能語音導(dǎo)游機器人，其特征在于:蓄電池組(8)采用 鋁酸電池;電源轉(zhuǎn)換模塊(10)將蓄電池組(8)的輸出電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換后給各模塊供電。6. 如權(quán)利要求5所述的智能語音導(dǎo)游機器人通過路徑尋優(yōu)方法獲取最優(yōu)路線L的方法 其特征在于包括如下幾個步驟： A、 將所在景區(qū)的所有景點的坐標(biāo)信息錄入到機器人的控制器(4)的存儲器中，機器人 的控制系統(tǒng)對這些坐標(biāo)信息進(jìn)行地圖建模，對環(huán)境信息進(jìn)行坐標(biāo)處理； B、 利用景點的坐標(biāo)信息，計算景點間的相互距離，根據(jù)距離信息初始化信息素矩陣； C、 設(shè)置初始參數(shù)，包括蟻群規(guī)模、信息素重要程度因子、啟發(fā)函數(shù)重要程度因子、信息 素?fù)]發(fā)因子、信息素釋放總量、最大迭代次數(shù)和迭代次數(shù)初值； D、 將螞蟻隨機置于不同的景點，按照全局路程最短化的需求通過概率if隨機選擇下一 個待訪問的景點，直到訪問完所有的景點； 其中，螞蟻k在t時刻從景點i轉(zhuǎn)移到景點j的概率為：式中：allowk(k=l，2,…，m)為螞蟻k待訪問景點的集合，開始時，allowk中有(n-1)個 元素，即包括除了螞蟻k出發(fā)景點的其他所有景點，隨著時間的推進(jìn)，all〇Wk中的元素逐漸 減少，直至為空，即表示所有的景點均訪問完畢;ndt)為啟發(fā)函數(shù)，表示t時刻螞蟻從景點i 轉(zhuǎn)移到景點j的期望程度，計算公式如下為一常數(shù)，c的作用加強了下一步 轉(zhuǎn)移中選擇距離當(dāng)前柵格較近的柵格的概率;α為信息素重要程度因子，其值越大，表示信 息素的濃度在轉(zhuǎn)移中起的作用越大;β為啟發(fā)函數(shù)重要程度因子，其值越大，表示啟發(fā)函數(shù) 在轉(zhuǎn)移中的作用越大，即螞蟻會以較大的概率轉(zhuǎn)移到距離短的景點；表示在t時刻景 點i、j間路徑上的信息素濃度;T ls(t)表示在t時刻景點i、s間路徑上的信息素濃度;iUs(t) 表示t時刻螞蟻從景點i轉(zhuǎn)移到景點s的期望程度； E、 螞蟻在釋放信息素的同時，各個景點間連接路徑上的信息素逐漸消失，因此，當(dāng)所有 螞蟻完成一次循環(huán)后，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進(jìn)行實時更新； F、 若沒有達(dá)到最大迭代次數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟D;否則，終止迭代，輸出最優(yōu)解，也即輸出最優(yōu) 路線L。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能語音導(dǎo)游機器人通過路徑尋優(yōu)方法獲取最優(yōu)路線L的方 法，其特征在于:步驟B中，根據(jù)距離信息初始化信息素矩陣的初始化方法如下：式中，du為景點i與景點j之間距離j為兩兩景點間距離的平均值，Μ為景點i與景點j之 間距離占平均距離的比重，η為所在景區(qū)的景點的總數(shù)量，λ為權(quán)重系數(shù);τι」(〇)表示初始化 的信息素矩陣。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的智能語音導(dǎo)游機器人通過路徑尋優(yōu)方法獲取最優(yōu)路線L的 方法，其特征在于:步驟Ε中，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進(jìn)行實時更新的更新 原則如下： Ti j ( t+1 ) - ( 1 ~P )Tij(t) + Δ Tjj，式中，表示t+1時刻景點i、j間的信息素濃度;表示所有螞蟻在景點i與景 點j連接路徑上釋放的信息素濃度之和，在表示第k只螞蟻在景點i與景點j連接路徑上釋 放的信息素濃度，?為權(quán)重系數(shù)，Q為常數(shù)，表示螞蟻循環(huán)一次所釋放的信息素總量;右為第 k只螞蟻經(jīng)過路徑的長度;滬為信息素?fù)]發(fā)系數(shù)，計算公式如下：式中:T2分別為區(qū)分前期和后期的臨界時間點；A，B，C是屬于(0，1)的一個比例系 數(shù)，A較大，C較小，B介于A，C之間，表明揮發(fā)系數(shù)妒在尋優(yōu)初期較大，給予螞蟻更大的概率去 選擇不同的路徑，后期逐漸減小，增強算法的全局收斂能力。
【文檔編號】G06N3/00GK105955252SQ201610225640
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】賀乃寶, 陸毅, 高倩, 沈琳, 俞燁
【申請人】江蘇理工學(xué)院