智能導(dǎo)游機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，包括導(dǎo)航定位裝置、語(yǔ)音交互單元、驅(qū)動(dòng)裝置、信息處理系統(tǒng)和蓄電池電源組，所述導(dǎo)航定位裝置、語(yǔ)音交互單元、驅(qū)動(dòng)裝置和蓄電池電源組分別與信息處理系統(tǒng)連接，其導(dǎo)游技術(shù)的步驟如下：步驟一，基于WiFi構(gòu)建室內(nèi)環(huán)境地圖；步驟二，基于視覺(jué)圖片構(gòu)建導(dǎo)游講解數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟三，預(yù)定機(jī)器人行走路線；步驟四，WiFi信號(hào)獲取及機(jī)器人定位；步驟五，進(jìn)行導(dǎo)游講解并與游客語(yǔ)音交流；步驟六，機(jī)器人返回起點(diǎn)。該導(dǎo)游機(jī)器人，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；具有導(dǎo)游講解和問(wèn)題解答功能；利用WiFi結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位，定位精度高；能夠自主控制完成既定任務(wù)，工作狀態(tài)穩(wěn)定，效率高。
【專利說(shuō)明】智能導(dǎo)游機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用WiFi和機(jī)器視覺(jué)實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航并自主控制完成既定任務(wù)的導(dǎo)游裝置，屬于移動(dòng)機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的具有自主控制和語(yǔ)音交互功能的智能導(dǎo)游機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和生活水平的提高，人們將越來(lái)越多的時(shí)間用于休閑和娛樂(lè)，從而極大的促進(jìn)了旅游業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，游覽博物館、名人故居等文化圣地成為一種時(shí)尚，游客數(shù)量劇增。
[0003]為了獲得更佳的游覽體驗(yàn)，通常需要講解員向游客介紹各種物品、遺跡并對(duì)相關(guān)的歷史故事進(jìn)行講解。由于游客數(shù)量眾多，需分批進(jìn)入，因此講解員必須完成多次重復(fù)的講解工作，浪費(fèi)了時(shí)間和人力，增加了工作成本。同時(shí)由于人腦的記憶力有限，講解員有時(shí)不能清楚完整的解答游客提出的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于視覺(jué)和WiFi的智能導(dǎo)游機(jī)器人，具有導(dǎo)航定位和語(yǔ)音交互功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自主控制，在實(shí)時(shí)行走過(guò)程中通過(guò)機(jī)器視覺(jué)識(shí)別物品并對(duì)其進(jìn)行講解，同時(shí)通過(guò)語(yǔ)音交互單元接收并回答游客提出的相關(guān)問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，包括導(dǎo)航定位裝置、語(yǔ)音交互單元、驅(qū)動(dòng)裝置、信息處理系統(tǒng)和蓄電池電源組，所述導(dǎo)航定位裝置、語(yǔ)音交互單元、驅(qū)動(dòng)裝置和蓄電池電源組分別與信息處理系統(tǒng)連接；所述導(dǎo)航定位裝置由慣性導(dǎo)航裝置、視覺(jué)導(dǎo)航單元和WiFi定位單元組成；所述語(yǔ)音交互單元由話筒和擴(kuò)音器組成，實(shí)現(xiàn)游覽講解以及與人對(duì)話交流；所述驅(qū)動(dòng)裝置由行走小車和電機(jī)組成；所述信息處理系統(tǒng)，包括慣性導(dǎo)航模塊，圖像識(shí)別處理模塊，實(shí)時(shí)定位與建圖模塊，WiFi定位模塊，語(yǔ)音交互模塊，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊和信息數(shù)據(jù)庫(kù)；所述蓄電池電源組由鋰離子電池組構(gòu)成，智能導(dǎo)游機(jī)器人工作時(shí)的移動(dòng)電源。
[0006]所述慣性導(dǎo)航裝置包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)用于記錄智能導(dǎo)航機(jī)器人的速度變化，陀螺儀用于記錄機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向變化；所述視覺(jué)導(dǎo)航單元由深度攝像頭構(gòu)成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集周圍環(huán)境三維圖像；所述WiFi定位單元由WiFi信號(hào)接收器組成，負(fù)責(zé)接收周圍環(huán)境中不同路由器的信號(hào)強(qiáng)度。
[0007]所述慣性導(dǎo)航模塊與慣性導(dǎo)航裝置連接；所述圖像識(shí)別處理模塊和實(shí)時(shí)定位與建圖模塊均與視覺(jué)導(dǎo)航單元連接；所述WiFi定位模塊與WiFi定位單元連接；所述語(yǔ)音交互模塊與語(yǔ)音交互單元連接；所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊與驅(qū)動(dòng)裝置連接；所述信息數(shù)據(jù)庫(kù)分別與語(yǔ)音交互模塊、實(shí)時(shí)定位與建圖模塊及圖像識(shí)別處理模塊連接。
[0008]本發(fā)明還提供了一種智能導(dǎo)游機(jī)器人的導(dǎo)游技術(shù)，其步驟如下:
步驟一，基于WiFi構(gòu)建室內(nèi)環(huán)境地圖； 步驟二，基于視覺(jué)圖片構(gòu)建導(dǎo)游講解數(shù)據(jù)庫(kù)；
步驟三，預(yù)定機(jī)器人行走路線；
步驟四，WiFi信號(hào)獲取及機(jī)器人定位；
步驟五，進(jìn)行導(dǎo)游講解并與游客語(yǔ)音交流；
步驟六，機(jī)器人返回起點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于各種復(fù)雜環(huán)境；能夠?qū)崿F(xiàn)物體識(shí)別并通過(guò)語(yǔ)音與人交流，具有導(dǎo)游講解和問(wèn)題解答功能；利用WiFi結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位，定位精度高，可廣泛用于室內(nèi)和地下等環(huán)境；具有智能的特點(diǎn)，能夠自主控制完成既定任務(wù)，工作狀態(tài)穩(wěn)定，效率高，效果好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]附圖1是一種智能導(dǎo)游機(jī)器人的工作示意圖。
[0012]附圖2是一種智能導(dǎo)游機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
圖中，1.導(dǎo)航定位裝置，1-1.慣性導(dǎo)航裝置，1-2.視覺(jué)導(dǎo)航單元，1-3.WiFi定位單元，
2.語(yǔ)音交互單元，2-1.話筒，2-2.擴(kuò)音器，3.驅(qū)動(dòng)裝置，3-1.電機(jī)，3-2.行走小車，4.信息處理系統(tǒng)，4-1.慣性導(dǎo)航模塊，4-2.圖像識(shí)別處理模塊，4-3.實(shí)時(shí)定位與建圖模塊，4-4.WiFi定位模塊，4-5.語(yǔ)音交互模塊，4-6.機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊，4-7.信息數(shù)據(jù)庫(kù)，5.蓄電池電源組。
【具體實(shí)施方式】
[0013]在附圖中，一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，包括導(dǎo)航定位裝置1、語(yǔ)音交互單元2、驅(qū)動(dòng)裝置
3、信息處理系統(tǒng)4和蓄電池電源組5，所述導(dǎo)航定位裝置1、語(yǔ)音交互單元2、驅(qū)動(dòng)裝置3和蓄電池電源組5分別與信息處理系統(tǒng)4連接；所述導(dǎo)航定位裝置I由慣性導(dǎo)航裝置1-1、視覺(jué)導(dǎo)航單元1-2和WiFi定位單元1-3組成；所述語(yǔ)音交互單元2由話筒2-1和擴(kuò)音器2_2組成，實(shí)現(xiàn)游覽講解以及與人對(duì)話交流；所述驅(qū)動(dòng)裝置3由行走小車3-2和電機(jī)3-1組成；所述信息處理系統(tǒng)4，包括慣性導(dǎo)航模塊4-1，圖像識(shí)別處理模塊4-2，實(shí)時(shí)定位與建圖模塊4-3，WiFi定位模塊4-4，語(yǔ)音交互模塊4-5，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊4_6和信息數(shù)據(jù)庫(kù)4_7 ;所述蓄電池電源組5由鋰離子電池組構(gòu)成，智能導(dǎo)游機(jī)器人工作時(shí)的移動(dòng)電源。
[0014]所述慣性導(dǎo)航裝置1-1包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)用于記錄智能導(dǎo)航機(jī)器人的速度變化，陀螺儀用于記錄機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向變化；所述視覺(jué)導(dǎo)航單元1-2由深度攝像頭構(gòu)成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集周圍環(huán)境三維圖像；所述WiFi定位單元1-3由WiFi信號(hào)接收器組成，負(fù)責(zé)接收周圍環(huán)境中不同路由器的信號(hào)強(qiáng)度。
[0015]所述慣性導(dǎo)航模塊4-1與慣性導(dǎo)航裝置1-1連接；所述圖像識(shí)別處理模塊4-2和實(shí)時(shí)定位與建圖模塊4-3均與視覺(jué)導(dǎo)航單元1-2連接；所述WiFi定位模塊4-4與WiFi定位單元1-3連接；所述語(yǔ)音交互模塊4-5與語(yǔ)音交互單元2連接；所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊4-6與驅(qū)動(dòng)裝置3連接；所述信息數(shù)據(jù)庫(kù)4-7分別與語(yǔ)音交互模塊4-5、實(shí)時(shí)定位與建圖模塊4-3及圖像識(shí)別處理模塊4-2連接。
[0016]本發(fā)明還提供了一種智能導(dǎo)游機(jī)器人的導(dǎo)游技術(shù)，其步驟如下: 步驟一，基于WiFi構(gòu)建室內(nèi)環(huán)境地圖；
步驟二，基于視覺(jué)圖片構(gòu)建導(dǎo)游講解數(shù)據(jù)庫(kù)；
步驟三，預(yù)定機(jī)器人行走路線；
步驟四，WiFi信號(hào)獲取及機(jī)器人定位；
步驟五，進(jìn)行導(dǎo)游講解并與游客語(yǔ)音交流；
步驟六，機(jī)器人返回起點(diǎn)。
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的智能導(dǎo)游機(jī)器人的導(dǎo)游技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明，其具體步驟如下:
步驟一，在智能導(dǎo)游機(jī)器人的導(dǎo)游區(qū)域內(nèi)安裝路由器，平均每10平方米范圍安裝一個(gè)，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器人以ImX Im的密度對(duì)該區(qū)域的WiFi信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行采樣，并建立環(huán)境三維地圖，采樣數(shù)據(jù)和環(huán)境三維地圖自動(dòng)存入信息處理系統(tǒng)4中的信息數(shù)據(jù)庫(kù)4-7 ；
步驟二，將該區(qū)域內(nèi)所有需要講解的物品三維圖片信息，相關(guān)語(yǔ)音介紹資料以及部分相關(guān)問(wèn)題及語(yǔ)音解答資料存入信息數(shù)據(jù)庫(kù)4-7 ；
步驟三，預(yù)先設(shè)定一條導(dǎo)游行走路線，當(dāng)游客進(jìn)入智能導(dǎo)游機(jī)器人視線范圍時(shí)，機(jī)器人開始工作；
步驟四，I)工作時(shí)首先利用WiFi定位單元1-3獲取WiFi信號(hào)強(qiáng)度，傳入WiFi定位模塊4-4，通過(guò)KNN算法定位機(jī)器人當(dāng)前位置；
2)在機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊4-6作用于驅(qū)動(dòng)裝置3，蓄電池電源組5對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置3供電，機(jī)器人開始移動(dòng)并根據(jù)WiFi信號(hào)強(qiáng)度實(shí)時(shí)定位；
3)視覺(jué)導(dǎo)航單元2獲取周圍環(huán)境的三維圖像信息，傳入實(shí)時(shí)定位與建圖模塊4-3，同時(shí)，結(jié)合慣性導(dǎo)航裝置1-1記錄的智能導(dǎo)游機(jī)器人的實(shí)時(shí)移動(dòng)速度和方向信息通過(guò)慣性導(dǎo)航模塊4-1處理，提高機(jī)器人的實(shí)時(shí)定位精度；
步驟五，在完成步驟四的過(guò)程中，同時(shí)完成環(huán)境三維圖像數(shù)據(jù)的更新操作以及圖像識(shí)別處理模塊10對(duì)實(shí)時(shí)采集的環(huán)境三維圖像中的物體進(jìn)行匹配識(shí)別，當(dāng)識(shí)別出需講解物品時(shí)，信息處理系統(tǒng)4通過(guò)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊4-6指示驅(qū)動(dòng)裝置3停止工作；此時(shí)，智能導(dǎo)游機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，語(yǔ)音交互模塊4-5從信息數(shù)據(jù)庫(kù)4-7中提取與目標(biāo)物品相關(guān)的語(yǔ)音資料信息，通過(guò)揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)導(dǎo)游講解功能；當(dāng)游客提出問(wèn)題時(shí)，智能導(dǎo)游機(jī)器人通過(guò)記錄游客問(wèn)題的語(yǔ)音信息并與信息數(shù)據(jù)庫(kù)4-7中相關(guān)問(wèn)題及相關(guān)解答資料進(jìn)行自動(dòng)匹配，然后輸出語(yǔ)音解答，實(shí)現(xiàn)與游客的對(duì)話交流；
步驟六，智能導(dǎo)游機(jī)器人沿著指定路線向前移動(dòng)，到達(dá)指定終點(diǎn)后，自動(dòng)回到起點(diǎn)處。
【權(quán)利要求】
1.一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，其特征是，包括導(dǎo)航定位裝置(I)、語(yǔ)音交互單元(2)、驅(qū)動(dòng)裝置(3)、信息處理系統(tǒng)(4)和蓄電池電源組(5)，所述導(dǎo)航定位裝置(I)、語(yǔ)音交互單元(2)、驅(qū)動(dòng)裝置(3)和蓄電池電源組(5)分別與信息處理系統(tǒng)(4)連接；所述導(dǎo)航定位裝置(I)由慣性導(dǎo)航裝置(1-1)、視覺(jué)導(dǎo)航單元(1-2)和WiFi定位單元(1-3)組成；所述語(yǔ)音交互單元(2)由話筒(2-1)和擴(kuò)音器(2-2)組成，實(shí)現(xiàn)游覽講解以及與人對(duì)話交流；所述驅(qū)動(dòng)裝置(3)由行走小車(3-2)和電機(jī)(3-1)組成；所述信息處理系統(tǒng)(4)，包括慣性導(dǎo)航模塊(4-1)，圖像識(shí)別處理模塊(4-2)，實(shí)時(shí)定位與建圖模塊(4-3)，WiFi定位模塊(4-4)，語(yǔ)音交互模塊(4-5)，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊(4-6)和信息數(shù)據(jù)庫(kù)(4-7);所述蓄電池電源組(5)由鋰離子電池組構(gòu)成，作為智能導(dǎo)游機(jī)器人工作時(shí)的移動(dòng)電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，其特征是，所述慣性導(dǎo)航裝置(1-1)包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)用于記錄智能導(dǎo)航機(jī)器人的速度變化，陀螺儀用于記錄機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向變化；所述視覺(jué)導(dǎo)航單元(1-2)由深度攝像頭構(gòu)成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集周圍環(huán)境三維圖像；所述WiFi定位單元(1-3)由WiFi信號(hào)接收器組成，負(fù)責(zé)接收周圍環(huán)境中不同路由器的信號(hào)強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，其特征是，所述慣性導(dǎo)航模塊(4-1)與慣性導(dǎo)航裝置(1-1)連接；所述圖像識(shí)別處理模塊(4-2)和實(shí)時(shí)定位與建圖模塊(4-3)均與視覺(jué)導(dǎo)航單元(1-2)連接；所述WiFi定位模塊(4-4)與WiFi定位單元(1_3)連接；所述語(yǔ)音交互模塊(4-5 )與語(yǔ)音交互單元(2 )連接；所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊(4-6 )與驅(qū)動(dòng)裝置(3 )連接；所述信息數(shù)據(jù)庫(kù)(4-7)分別與語(yǔ)音交互模塊(4-5)、實(shí)時(shí)定位與建圖模塊(4-3)及圖像識(shí)別處理模塊(4-2)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，其特征是，一種智能導(dǎo)游機(jī)器人的導(dǎo)游技術(shù)，其步驟如下: 步驟一，基于WiFi構(gòu)建室內(nèi)環(huán)境地圖； 步驟二，基于視覺(jué)圖片構(gòu)建導(dǎo)游講解數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟三，預(yù)定機(jī)器人行走路線； 步驟四，WiFi信號(hào)獲取及機(jī)器人定位； 步驟五，進(jìn)行導(dǎo)游講解并與游客語(yǔ)音交流； 步驟六，機(jī)器人返回起點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述一種智能導(dǎo)游機(jī)器人，其特征是，一種智能導(dǎo)游機(jī)器人的導(dǎo)游技術(shù)，其步驟如下: 步驟一，在智能導(dǎo)游機(jī)器人的導(dǎo)游區(qū)域內(nèi)安裝路由器，平均每10平方米范圍安裝一個(gè)，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器人以ImX Im的密度對(duì)該區(qū)域的WiFi信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行采樣，并建立環(huán)境三維地圖，采樣數(shù)據(jù)和環(huán)境三維地圖自動(dòng)存入信息處理系統(tǒng)(4)中的信息數(shù)據(jù)庫(kù)(4-7)； 步驟二，將該區(qū)域內(nèi)所有需要講解的物品三維圖片信息，相關(guān)語(yǔ)音介紹資料以及部分相關(guān)問(wèn)題及語(yǔ)音解答資料存入信息數(shù)據(jù)庫(kù)(4-7)； 步驟三，預(yù)先設(shè)定一條導(dǎo)游行走路線，當(dāng)游客進(jìn)入智能導(dǎo)游機(jī)器人視線范圍時(shí)，機(jī)器人開始工作； 步驟四，I)工作時(shí)首先利用WiFi定位單元(1-3)獲取WiFi信號(hào)強(qiáng)度，傳入WiFi定位模塊(4-4)，通過(guò)KNN算法定位機(jī)器人當(dāng)前位置；在機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊(4-6)作用于驅(qū)動(dòng)裝置(3)，蓄電池電源組(5)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置(3)供電，機(jī)器人開始移動(dòng)并根據(jù)WiFi信號(hào)強(qiáng)度實(shí)時(shí)定位； 3)視覺(jué)導(dǎo)航單元(2)獲取周圍環(huán)境的三維圖像信息，傳入實(shí)時(shí)定位與建圖模塊(4-3)，同時(shí)，結(jié)合慣性導(dǎo)航裝置(1-1)記錄的智能導(dǎo)游機(jī)器人的實(shí)時(shí)移動(dòng)速度和方向信息通過(guò)慣性導(dǎo)航模塊(4-1)處理，提高機(jī)器人的實(shí)時(shí)定位精度； 步驟五，在完成步驟四的過(guò)程中，同時(shí)完成環(huán)境三維圖像數(shù)據(jù)的更新操作以及圖像識(shí)別處理模塊(10)對(duì)實(shí)時(shí)采集的環(huán)境三維圖像中的物體進(jìn)行匹配識(shí)別，當(dāng)識(shí)別出需講解物品時(shí)，信息處理系統(tǒng)(4)通過(guò)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊(4-6)指示驅(qū)動(dòng)裝置(3)停止工作；此時(shí)，智能導(dǎo)游機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，語(yǔ)音交互模塊(4-5)從信息數(shù)據(jù)庫(kù)(4-7)中提取與目標(biāo)物品相關(guān)的語(yǔ)音資料信息，通過(guò)揚(yáng)聲 器實(shí)現(xiàn)導(dǎo)游講解功能；當(dāng)游客提出問(wèn)題時(shí)，智能導(dǎo)游機(jī)器人通過(guò)記錄游客問(wèn)題的語(yǔ)音信息并與信息數(shù)據(jù)庫(kù)(4-7)中相關(guān)問(wèn)題及相關(guān)解答資料進(jìn)行自動(dòng)匹配，然后輸出語(yǔ)音解答，實(shí)現(xiàn)與游客的對(duì)話交流； 步驟六，智能導(dǎo)游機(jī)器人沿著指定路線向前移動(dòng)，到達(dá)指定終點(diǎn)后，自動(dòng)回到起點(diǎn)處。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103699126SQ201310715227
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】徐元坤, 楊帥, 劉志豪 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)