服務(wù)器，由服務(wù)器分析感知用戶情緒，進(jìn)而從網(wǎng)絡(luò)抓取相關(guān)內(nèi)容并回傳至機(jī)器人系統(tǒng)，在判斷出用戶情緒后，情緒表現(xiàn)單元通過(guò)切換動(dòng)態(tài)臉部表情和擬人化的手勢(shì)，配合定制的個(gè)性化語(yǔ)音，使機(jī)器人做出合理的反應(yīng)，在用戶情緒低落的時(shí)候給與安慰，在用戶情緒消沉?xí)r進(jìn)行鼓勵(lì)，使用戶在與機(jī)器人交流過(guò)程中感到舒心。
[0026]本實(shí)用新型的有益效果:
[0027]本實(shí)用新型早教系統(tǒng)采用分齡分階的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)兒童不同年齡段的性格特點(diǎn)和興趣愛好，設(shè)計(jì)出一套融合原創(chuàng)動(dòng)畫、故事、互動(dòng)答題、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系、激勵(lì)機(jī)制，涵蓋數(shù)學(xué)、語(yǔ)言、百科、藝術(shù)、手工等學(xué)科的娛樂與教學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用全動(dòng)漫展現(xiàn)方式，上手簡(jiǎn)單，直觀生動(dòng)，可以有效提高兒童的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)云臺(tái)服務(wù)器推送，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的服務(wù)更新，滿足孩子對(duì)新知識(shí)的渴求，還可以對(duì)兒童每個(gè)階段的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行打分評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果自動(dòng)推送下一步學(xué)習(xí)方案，最大程度的開發(fā)兒童大腦潛能，培養(yǎng)孩子的探索精神和學(xué)習(xí)興趣。
[0028]該早教機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制方式靈活多樣，既可通過(guò)觸摸屏控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，也支持遠(yuǎn)程無(wú)線遙控及語(yǔ)音控制；具有語(yǔ)音識(shí)別和聲紋識(shí)別功能，可根據(jù)聊天內(nèi)容，配合機(jī)器人語(yǔ)速、語(yǔ)調(diào)以及肢體動(dòng)作，表達(dá)機(jī)器人的喜怒哀樂；具有遠(yuǎn)程看護(hù)功能，用戶可以遠(yuǎn)程登錄機(jī)器人查看家中孩子當(dāng)前狀態(tài)。
[0029]為了確保機(jī)器人的安全可靠運(yùn)行，陪護(hù)機(jī)器人具備故障檢測(cè)及自處理功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀況，及時(shí)處理瘋跑、過(guò)流、通信亂碼等機(jī)器故障。同時(shí)，該機(jī)器人配有避障系統(tǒng)和防跌落系統(tǒng)，在用戶使用的過(guò)程中自動(dòng)規(guī)避障礙物，起到自我保護(hù)的作用。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本實(shí)用新型的整體設(shè)計(jì)方案框圖；
[0031]圖2為本實(shí)用新型的雙處理器控制系統(tǒng)框圖；
[0032]圖3為本實(shí)用新型的主處理器最小系統(tǒng)電路圖；
[0033]圖4為本實(shí)用新型的冗余處理器最小系統(tǒng)電路圖；
[0034]圖5為本實(shí)用新型的情緒系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖；
[0035]圖6為本實(shí)用新型的遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖；
[0036]圖7為本實(shí)用新型的電源開關(guān)電路圖一；
[0037]圖8為本實(shí)用新型的電源開關(guān)電路圖二 ；
[0038]圖9為本實(shí)用新型的硬件技術(shù)方案電源管理框圖；
[0039]圖10為本實(shí)用新型的硬件技術(shù)方案電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0040]圖11(a)為本實(shí)用新型的硬件技術(shù)方案自主避障電路圖；
[0041]圖11 (b)為本實(shí)用新型的硬件技術(shù)方案防跌落電路圖；
[0042]圖12為本實(shí)用新型的硬件技術(shù)方案觸摸單元電路圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0043]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0044]本實(shí)用新型的底層控制系統(tǒng)作為服務(wù)器端，專注于底層的服務(wù)，通過(guò)RS232與客戶端進(jìn)行通信，通過(guò)軟件接口實(shí)現(xiàn)命令包和數(shù)據(jù)包的交換；機(jī)載平板系統(tǒng)作為客戶端，固定于機(jī)器人的面部，運(yùn)行android系統(tǒng)，經(jīng)語(yǔ)音識(shí)別后智能感知幼兒情緒，通過(guò)動(dòng)畫展現(xiàn)多種表情，實(shí)現(xiàn)娛樂陪護(hù)的功能；平板攝像頭作為視頻采集通道，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)透網(wǎng)傳輸給用戶手機(jī)等終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程看護(hù)孩子的功能。
[0045]本實(shí)用新型的整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，該機(jī)器人采用典型的C/S機(jī)器人工作模式。底層控制系統(tǒng)包括電源管理單元，電源管理單元為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的輸出電壓及電流，電池電量由主控核心測(cè)量，在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示，可實(shí)現(xiàn)低壓報(bào)警及關(guān)斷功能；主控核心單元接受并解析客戶端下達(dá)的運(yùn)動(dòng)指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照設(shè)定的速度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)開啟紅外避障防跌落功能，并將機(jī)器人的運(yùn)行情況返回客戶端。監(jiān)控核心單元作為冗余單元，負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)器人是否存在失控、堵轉(zhuǎn)、過(guò)流及通信亂碼等故障。機(jī)載平板系統(tǒng)主要包含情緒交互系統(tǒng)，遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)，和早教系統(tǒng)三個(gè)模塊。情緒交互系統(tǒng)通過(guò)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)畫做出人性化反饋；遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)有遠(yuǎn)程透網(wǎng)傳輸和遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)控制兩個(gè)部分；早教系統(tǒng)秉承分齡分階的思想，結(jié)合云存儲(chǔ)技術(shù)為用戶提供服務(wù)。
[0046]底層控制系統(tǒng)的雙處理器控制系統(tǒng)如框圖2所示，雙處理器最小系統(tǒng)電路如圖3、4所示。機(jī)器人采用了基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32單片機(jī)作為主處理器和冗余處理器，主控核心通過(guò)RS232與機(jī)載平板系統(tǒng)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50ms進(jìn)行一次PID運(yùn)算，通過(guò)PWM調(diào)制方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。冗余處理器也可捕獲碼盤脈沖數(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。為了防止主處理器程序異常，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。冗余處理器可進(jìn)行過(guò)流、過(guò)熱及電池電壓檢測(cè)，當(dāng)發(fā)生過(guò)流、過(guò)熱及電池電壓過(guò)低等狀況時(shí)，可以關(guān)斷開關(guān)電路，切斷電池供電。
[0047]主控核心單元和監(jiān)控核心單元均采用基于Cortex_M3內(nèi)核的STM32單片機(jī)；主控單元負(fù)責(zé)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集與融合及電源管理等任務(wù)，并為機(jī)載平板系統(tǒng)軟件系統(tǒng)提供平臺(tái)控制的各種接口 ；監(jiān)控核心單元對(duì)常見錯(cuò)誤進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，包括機(jī)器人控制系統(tǒng)電源故障、主控制器程序執(zhí)行出錯(cuò)、運(yùn)行狀態(tài)出錯(cuò)(主要指運(yùn)行姿態(tài)或速度異常)等，當(dāng)機(jī)器人系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)錯(cuò)誤的嚴(yán)重等級(jí)，采取分級(jí)應(yīng)對(duì)策略以保障機(jī)器人能夠安全、可靠、高效的工作。
[0048]情緒交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。機(jī)器人基于科大訊飛語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在android平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別，通過(guò)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建了機(jī)器人的聊天知識(shí)庫(kù)與情感感知系統(tǒng)。語(yǔ)音識(shí)別有離線識(shí)別和在線識(shí)別兩種模式，由系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況自主選擇。當(dāng)處于離線模式時(shí)，系統(tǒng)需要建立語(yǔ)法文件，其中定義了語(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)句上傳至服務(wù)器，由服務(wù)器分析感知用戶情緒，進(jìn)而從網(wǎng)絡(luò)抓取相關(guān)內(nèi)容并回傳至機(jī)器人。在判斷出用戶情緒后，情緒表現(xiàn)單元通過(guò)切換動(dòng)態(tài)臉部表情和擬人化的手勢(shì)，配合定制的個(gè)性化語(yǔ)音，使機(jī)器人可以做出合理的反應(yīng)，可以在用戶情緒低落的時(shí)候給與安慰，在用戶情緒消沉?xí)r進(jìn)行鼓勵(lì)，使用戶在與機(jī)器人交流過(guò)程中感到舒心。
[0049]本實(shí)用新型在娛樂陪護(hù)時(shí)，具體包含以下步驟:S01，麥克風(fēng)采集用戶語(yǔ)音傳送給語(yǔ)音識(shí)別單元；S02，語(yǔ)音識(shí)別單元根據(jù)科大訊飛提供的SDK將語(yǔ)音翻譯成文字，并傳給語(yǔ)義理解及情感分析單元；S03，語(yǔ)義理解及情感分析單元進(jìn)行中文分詞，結(jié)合知網(wǎng)提供的情感詞典，對(duì)句子按詞語(yǔ)情感權(quán)重進(jìn)行情感值計(jì)算，并傳給情緒表現(xiàn)單元；S04，情緒表現(xiàn)單元根據(jù)計(jì)算的情感值與預(yù)設(shè)規(guī)則匹配，調(diào)用不同的動(dòng)畫表情，結(jié)合定制的個(gè)性化語(yǔ)音，做出人性化的情緒反饋。
[0050]遠(yuǎn)程看護(hù)單元的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖6所示。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。通過(guò)身份驗(yàn)證后，用戶客戶端和機(jī)器人都會(huì)和服務(wù)器保持主連接暢通。當(dāng)用戶需要連接機(jī)器人時(shí)，需要借助服務(wù)器的協(xié)助打洞端口，將用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址翻譯后的公網(wǎng)IP通知給機(jī)器人，然后機(jī)器人嘗試與用戶進(jìn)行連接，同時(shí)在相同的端口啟動(dòng)偵聽，并通過(guò)服務(wù)器將經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址翻譯的IP通