一種面向幼兒的早教陪護(hù)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及幼兒教育領(lǐng)域，具體涉及一種面向幼兒的早教陪護(hù)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市面上對(duì)嬰幼兒的教育大多采用面對(duì)面的親子教育或者小伙伴之間的交流，由幼兒的父母或者親人進(jìn)行，雖然一般能達(dá)到良好的教育效果，但也存在著兩大缺陷:一方面，幼兒教育是一個(gè)循序漸進(jìn)專業(yè)的過程，部分父母沒有經(jīng)驗(yàn)，加之精力有限，忽略了孩子的早期智力開發(fā)；另一方面，幼兒教育需要占用父母大量的精力，有時(shí)父母很難在工作與生活之間做到兩全其美。
[0003]根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的資料，我國(guó)大陸地區(qū)0-12歲的兒童約1.9億人，每年出生的人口在1600萬(wàn)左右。十八屆三中全會(huì)之后，單獨(dú)二孩政策已在各地陸續(xù)正式實(shí)施，孩子的數(shù)量會(huì)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，還會(huì)有一定幅度的增加，因此，大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)型智能早教陪護(hù)機(jī)器人，發(fā)揮他們?cè)谂阕o(hù)和啟蒙教育、保證嬰幼兒的安全等方面的作用將是社會(huì)發(fā)展的必然要求，這對(duì)于減輕父母?jìng)兊呢?fù)擔(dān)，提高嬰幼兒的教育質(zhì)量具有重要作用，社會(huì)意義重大。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)201410245983.5公開的開發(fā)嬰幼兒智力的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)及方法(申請(qǐng)日:2014-6-5)，公開了一種通過攝錄裝置將嬰兒視頻上傳服務(wù)器，服務(wù)器處理后下發(fā)控制信號(hào)給表現(xiàn)裝置進(jìn)而完成遠(yuǎn)程教學(xué)的方法，但是他沒有語(yǔ)音識(shí)別功能，視頻傳輸?shù)奶幚矸椒ㄅc本機(jī)器人也不同。
[0005]中國(guó)專利申請(qǐng)201310095857.1公開的兒童早教益智系統(tǒng)(申請(qǐng)日:2013.3.25)公開了用于兒童教學(xué)的語(yǔ)音識(shí)別的一般方法，不能進(jìn)行語(yǔ)調(diào)和情緒的識(shí)別，也不能進(jìn)行語(yǔ)義識(shí)別，功能上也沒有本申請(qǐng)?zhí)岢龅呢S富可擴(kuò)展。
[0006]中國(guó)專利申請(qǐng)201310175261.2公開的一種智能互動(dòng)早教系統(tǒng)(申請(qǐng)日:2013.5.14)公開了一種由學(xué)習(xí)課件和機(jī)器人組成的早教系統(tǒng)，控制指令采用藍(lán)牙方式，學(xué)習(xí)課件由flash進(jìn)行展現(xiàn)，并不具有語(yǔ)音識(shí)別和遠(yuǎn)程看護(hù)功能，控制方式也不相同，教學(xué)內(nèi)容的展現(xiàn)方式和更新方式也不同于本申請(qǐng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型公開了一種面向幼兒的早教陪護(hù)機(jī)器人，本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人對(duì)嬰幼兒的科學(xué)啟蒙、娛樂陪護(hù)以及遠(yuǎn)程看護(hù)等功能。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的具體方案如下:
[0009]一種面向幼兒的早教陪護(hù)機(jī)器人，包括作為服務(wù)器端的底層控制系統(tǒng)及作為客戶端的機(jī)載平板系統(tǒng)，底層控制系統(tǒng)通過接口與機(jī)載平板系統(tǒng)進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)命令包和數(shù)據(jù)包的交換，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通信；
[0010]機(jī)載平板系統(tǒng)經(jīng)語(yǔ)音識(shí)別智能感知幼兒情緒，根據(jù)識(shí)別的用戶情緒通過機(jī)載平板系統(tǒng)的顯示裝置展現(xiàn)多種表情實(shí)現(xiàn)娛樂陪護(hù)的功能；
[0011]所述底層控制系統(tǒng)包括主控核心單元及作為冗余配置的監(jiān)控核心單元，主控核心單元與機(jī)載平板系統(tǒng)進(jìn)行通信，接受并解析客戶端下達(dá)的運(yùn)動(dòng)指令，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照設(shè)定的速度運(yùn)動(dòng)，并將機(jī)器人的運(yùn)行情況返回客戶端，監(jiān)控核心單元與主控核心單元進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。
[0012]所述機(jī)載平板系統(tǒng)通過無(wú)線裝置與路由器通信，路由器通過公網(wǎng)服務(wù)器與遠(yuǎn)程終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。
[0013]所述機(jī)載平板系統(tǒng)包括情緒交互系統(tǒng)、遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)及早教單元系統(tǒng)；
[0014]所述情緒交互系統(tǒng)通過機(jī)載麥克接收用戶的語(yǔ)音信息并根據(jù)接收的語(yǔ)音信息通過語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)義識(shí)別感知用戶情緒，結(jié)合表情動(dòng)畫通過顯示裝置做出對(duì)應(yīng)的信息反饋；
[0015]所述遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程終端通過與客戶端進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)查看客戶端拍攝視頻的同時(shí)可以向客戶端發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令；
[0016]所述早教單元系統(tǒng)，根據(jù)用戶年齡和已有用戶數(shù)據(jù)來推送適用的教學(xué)資源，同時(shí)為了保證內(nèi)容的豐富性，服務(wù)器會(huì)定時(shí)推送最新應(yīng)用及資源，方便用戶自主選擇下載。
[0017]所述主控核心單元包括主處理器，主處理器通過RS232與客戶端進(jìn)行通信，解析出速度設(shè)定值，同時(shí)捕獲碼盤的脈沖數(shù)，得到電機(jī)的實(shí)際速度，構(gòu)成速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)速度設(shè)定值和實(shí)際速度值，每隔設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行一次PID運(yùn)算，通過PWM調(diào)制方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0018]所述監(jiān)控核心單元包括冗余處理器，冗余處理器捕獲碼盤脈沖數(shù)，解析電機(jī)的實(shí)際速度，并與主處理器解析的速度值進(jìn)行比較，當(dāng)兩者不一致時(shí)，根據(jù)故障處理機(jī)制及時(shí)處理異常，主處理器和冗余處理器之間定期進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)冗余處理器接收不到主處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)或者接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)時(shí)，冗余處理器及時(shí)復(fù)位主處理器。
[0019]所述主處理器與避障和防跌落電路、觸摸電路及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連，所述避障和防跌落電路與防跌落傳感器相連，觸摸電路與觸摸傳感器相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)相連。
[0020]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路包括左輪驅(qū)動(dòng)電路及右輪驅(qū)動(dòng)電路，所述左輪驅(qū)動(dòng)電路及右輪驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與與門的輸入端相連，所述與門的輸出端與主處理器及冗余處理器相連，從而能實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)兩端電流情況，防止電機(jī)過流。
[0021]所述避障和防跌落電路，包括兩部分單體電路，電路采用一對(duì)紅外發(fā)射及接收管作為避障和防跌落主要功能單元，經(jīng)過電阻分壓得到參考電壓，利用雙運(yùn)算放大器TS922組成的電壓比較器電路進(jìn)行電壓對(duì)比，并在輸出端加上濾波及防抖動(dòng)電路。
[0022]所述冗余處理器與聲光報(bào)警電路、過流檢測(cè)電路、過熱檢測(cè)電路及開關(guān)電路相連，當(dāng)檢測(cè)到過流、過熱及電池電壓過低狀況時(shí)，關(guān)斷開關(guān)電路，切斷電池供電。
[0023]所述開關(guān)電路與電源管理單元相連，電源管理單元包括電池、開關(guān)電路、保護(hù)電路、電量檢測(cè)及上傳電路，電池與保護(hù)電路相連，保護(hù)電路和電量檢測(cè)及上傳電路均與開關(guān)電路相連，開關(guān)電路與電機(jī)相連，所述開關(guān)電路與能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為5V的DC/DC電路相連，能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為5V的DC/DC電路與能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為3.3V的DC/DC電路及7寸電容觸摸顯示屏相連，能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為3.3V的DC/DC電路與安裝在機(jī)器人底部和前部的紅外避障防跌落、觸摸傳感器及主控核心單元相連。
[0024]利用遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程看護(hù)時(shí)，公網(wǎng)服務(wù)器啟動(dòng)兩個(gè)監(jiān)聽，一個(gè)是主連接監(jiān)聽，一個(gè)是協(xié)助打洞監(jiān)聽，遠(yuǎn)程終端通過身份驗(yàn)證后，遠(yuǎn)程終端和客戶端都會(huì)和公網(wǎng)服務(wù)器保持主連接暢通，當(dāng)遠(yuǎn)程終端需要連接客戶端時(shí)，需要借助服務(wù)器的協(xié)助打洞端口，將遠(yuǎn)程終端通過網(wǎng)絡(luò)地址翻譯后的公網(wǎng)IP通知給客戶端，然后客戶端嘗試與遠(yuǎn)程終端進(jìn)行連接，同時(shí)在相同的端口啟動(dòng)偵聽，并通過公網(wǎng)服務(wù)器將經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)地址翻譯的IP通知給遠(yuǎn)程終端，當(dāng)遠(yuǎn)程終端主動(dòng)連接機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人會(huì)允許連接，網(wǎng)絡(luò)打洞成功，首先連接客戶端的默認(rèn)為主客戶端，在查看客戶端拍攝視頻的同時(shí)可以向客戶端發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令，其他連接為從客戶端，只能查看機(jī)器人的拍攝視頻和當(dāng)前狀態(tài)，不能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，當(dāng)主客戶端下線后，公網(wǎng)服務(wù)器會(huì)通知其他從客戶端使其通過申請(qǐng)成為主客戶端。
[0025]所述情緒交互系統(tǒng)在android平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別，通過SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建了聊天知識(shí)庫(kù)，語(yǔ)音識(shí)別有離線識(shí)別和在線識(shí)別兩種模式，當(dāng)處于離線模式時(shí)，系統(tǒng)需要建立語(yǔ)法文件，其中定義語(yǔ)音識(shí)別語(yǔ)句，當(dāng)系統(tǒng)從采集到的語(yǔ)音中識(shí)別到有效語(yǔ)句時(shí)，會(huì)翻譯成對(duì)應(yīng)文字，語(yǔ)義理解及情感分析單元進(jìn)行中文分詞，加載情感詞典、程度副詞詞典、否定詞詞表和關(guān)聯(lián)詞詞表，識(shí)別句子中的每一個(gè)情感詞，并以情感詞為中心滑動(dòng)檢測(cè)周邊副詞及否定詞情況，最后對(duì)所有情感詞及其修飾詞的情感值累加，得到當(dāng)前句子的情感值，判斷出用戶當(dāng)前的情緒，傳給情緒表現(xiàn)單元，當(dāng)處于在線模式時(shí)，可直接將識(shí)別的語(yǔ)句上傳至