本實用新型涉及一種公共服務(wù)機器人的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種人臉識別技術(shù)的導覽解說機器人。

背景技術(shù)：

在社會和科技不斷發(fā)展的背景下，服務(wù)機器人廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)，導覽解說機器人作為典型的職能公共服務(wù)機器人，在博物館、科技館、產(chǎn)品展館等展廳的展示中發(fā)揮著越來越重要的作用。

目前現(xiàn)有的導覽解說機器人中，多數(shù)機器人機械結(jié)構(gòu)較為復雜，自動化程度低，無法較好的實現(xiàn)自主定位與導航避障，而且絕大多數(shù)機器人智能性較低，無法識別出參觀人員的身份信息并在導覽解說過程中為其提供個性化的服務(wù)。因此，設(shè)計一種可以自主移動并且能夠人臉識別的多功能導覽解說機器人具有非常重要的市場需求和應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)存在的不足，本實用新型的目的在于解決展廳機器人智能導覽解說的相關(guān)問題，為多場合的導覽解說提供一種結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、方便智能的服務(wù)機器人系統(tǒng)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于人臉識別技術(shù)的導覽解說機器人，包括機器人機體和移動底盤；

在機器人機體的頂部設(shè)有攝像頭，在機器人機體的外表面設(shè)有顯示屏、語音模塊和電源開關(guān)；所述的攝像頭、顯示屏、語音模塊和電源開關(guān)均與上位機相連；且所述的上位機通過無線模塊與云服務(wù)平臺通訊；

所述的機器人機體的底部設(shè)有一個移動底盤，所述的移動底盤的底部安裝有四個萬向輪和兩個驅(qū)動輪，所述的兩個驅(qū)動輪通過電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，所述的電機與電機驅(qū)動器相連；所述的電機驅(qū)動器與底盤電路控制系統(tǒng)相連，在底盤上安裝有工控機，在所述的工控機上與激光雷達、UWB定位標簽、底盤電路控制系統(tǒng)相連；所述的底盤控制系統(tǒng)與超聲波傳感器相連。

作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述機器人機體為立式機殼，外形簡潔，高度適中，用于和人進行交互，帶領(lǐng)人進行參觀并解說。

進一步的，所述上位機模塊包括1塊工業(yè)主板和1塊電容觸摸屏，用于運行

上位機服務(wù)程序并作為人機交互的主界面。

進一步的，所述語音模塊用于實現(xiàn)語音功能的交互，包括語音輸入模塊、語音識別模塊和語音輸出模塊，語音輸入模塊用于獲取環(huán)境中的音頻信息，語音識別模塊可以將人的說話內(nèi)容轉(zhuǎn)化成文本，語音輸出模塊通過音箱播放音頻。

進一步的，所述的高清攝像頭，用于實現(xiàn)人臉圖像的采集。

進一步的，所述的激光雷達傳感器，用于掃描、檢測環(huán)境信息，

進一步的，所述的超聲波傳感器，用于檢測障礙物并實現(xiàn)自主避障。

進一步的，所述移動底盤作為機器人的運動機構(gòu)，包括2個雙向驅(qū)動輪和4個萬向從動輪，并設(shè)置有兩個電機驅(qū)動器，保證機器人快速、精確地移動。

進一步的，所述的UWB定位標簽接收UWB定位錨點發(fā)射的信號。激光雷達傳感器可以實現(xiàn)環(huán)境地圖的創(chuàng)建和機器人的實時定位，再通過與UWB定位信息的數(shù)據(jù)融合，最終達到機器人高精度的定位。

進一步的，所述云服務(wù)平臺包括無線通訊模塊和云服務(wù)器，云服務(wù)器通過無線網(wǎng)絡(luò)連接到機器人的工業(yè)主板，存儲在云服務(wù)器中的人臉識別算法和參展用戶信息資料能夠識別特定的參展人員并在導覽解說過程中為其提供個性化服務(wù)。

所述裝置中，導覽解說機器人精確定位的方法，如下：

機器人利用激光雷達傳感器掃描周圍環(huán)境信息，以初始位置為坐標原點創(chuàng)建環(huán)境地圖，然后通過卡爾曼濾波算法將激光雷達和里程計測得的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，得到機器人的坐標位置；

位于底盤工控機的UWB定位標簽通過接收來自空間中不同位置的多個錨點的測距信息，根據(jù)錨點的空間坐標，利用TDOA解算算法計算出標簽的坐標位置。這樣通過將機器人利用激光雷達得到的自定位信息和UWB定位標簽計算得到的位置信息再次進行數(shù)據(jù)融合，從而獲得機器人在地圖坐標系下的精確坐標。

進一步的，機器人在移動的過程中，超聲波不斷檢測障礙物并測得距離，當距離少于設(shè)定的閾值，機器人會根據(jù)算法實現(xiàn)減速并轉(zhuǎn)換方向，最終達到較好的避障效果。

所述裝置中，導覽解說機器人人臉識別的方法，如下：

機器人機體上的高清攝像頭負責捕捉、采集有效范圍內(nèi)的人臉圖像并傳遞給人臉識別系統(tǒng)，其次，人臉系統(tǒng)對人臉進行識別，確立相關(guān)人臉部信息，然后，與人臉識別系統(tǒng)相連接的無線通信模塊接收人臉識別系統(tǒng)發(fā)來的識別信號，并將識別信號打包上傳到云端服務(wù)器，云服務(wù)接收到由無線通信裝置發(fā)送來的識別信號，通過服務(wù)器中運行的人臉匹配識別算法將識別信號與服務(wù)器內(nèi)預先存儲的對應(yīng)人物的信息進行處理和比較，如果識別出參展人員，會到該用戶對應(yīng)的信息庫里搜尋之前的到訪記錄，根據(jù)信息記錄里該人員的年齡層段以及參觀記錄有針對性的進行目標展區(qū)的引導和相關(guān)解說內(nèi)容的推送；若識別信息無法與信息庫的身份信息成功匹配，說明是新參展人員，則系統(tǒng)會將新參展人員的人臉圖像、本次訪問記錄以及到訪登記的相關(guān)信息保存在相應(yīng)的訪問信息庫中，通過不斷完善信息庫資料，以便在后續(xù)服務(wù)中提供個性化服務(wù)，最終提高用戶的參展體驗和滿意度。

本實用新型的有益效果是：

機器人結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、方便智能，機器人底盤的定位導航模塊能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境地圖的創(chuàng)建和自我實時定位，配合3個超聲波傳感器，能夠較好的實現(xiàn)自主移動和避障；語音模塊可以實現(xiàn)3-5米遠距離的智能語音交互；機器人的識別終端可以捕獲并識別有效的人臉信息，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云服務(wù)器，利用存儲在服務(wù)器的識別算法和信息庫，識別參觀人員的身份并提供個性化的服務(wù)，提高參觀人員的使用體驗和滿意度。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型的底盤結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型的移動定位流程圖。

圖4是本實用新型的人臉識別流程圖。

圖中：其中，1-攝像頭，2-麥克風陣列， 3-音箱， 4-顯示屏， 5-工業(yè)主板，6-電源開關(guān)， 7-超聲波傳感器；8-激光雷達， 9-工控機， 10-直流電機， 11-電路控制板，12-驅(qū)動器， 13-萬向輪， 14-驅(qū)動輪， 15-無線模塊， 16-UWB定位標簽， 17-電池。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

如圖1所示，本實用新型一種基于人臉識別技術(shù)的導覽解說機器人結(jié)構(gòu)示意圖，包括機器人機殼和安裝在機殼不同部位的功能模塊，具體包括：在機體內(nèi)部嵌入1塊工業(yè)主板5，作為機器人上位機系統(tǒng)的主控制單元；在前方表面嵌入1塊觸摸顯示屏4，通過線路與工業(yè)主機相連接；顯示屏上方為4麥的麥克風語音輸入陣列2，通過轉(zhuǎn)換電路連接到工業(yè)主板；機身頂部有1個高清攝像頭1，通過導線連接到工業(yè)主板；機身兩側(cè)位置各有1臺音箱3，通過導線連接到工業(yè)主板；外殼正下方水平分布3對超聲波傳感器7，通過導線連接到移動底盤的控制電路系統(tǒng)；在機體的一側(cè)還安裝有電源開關(guān)6。

1塊工業(yè)主板和1塊電容觸摸屏構(gòu)成了整個上位機模塊，用于運行上位機服務(wù)程序并作為人機交互的主界面。

如圖2所示，本實用新型一種基于人臉識別技術(shù)的導覽解說機器人的底盤結(jié)構(gòu)示意圖，移動底盤以工控機9為主控制單元，里面內(nèi)置了無線模塊15和UWB定位標簽16；激光雷達8固定于工控機9上方，通過導線與其相連；底盤電路控制板11為下一級控制單元，該電路以MCU為控制器，集成了超聲波傳感器信號的轉(zhuǎn)換處理電路、電壓檢測模塊、電機驅(qū)動輸出電路等模塊，通過外部接口與各個部件單元連接；底盤中間兩端位置為直流電機10驅(qū)動的橡膠輪胎作為驅(qū)動輪14，4個萬向輪13分別固定在底盤4個角上；底盤前部為2臺電機驅(qū)動器12和2臺直流電機；底盤后端為系統(tǒng)電源，采用1塊30v鋰電池17，同時給移動底盤和上位機供電。

一個工控機9、1個激光雷達、3個UWB定位錨點和1個集成在工控機9內(nèi)的UWB定位標簽共同構(gòu)成了定位導航模塊，激光雷達傳感器可以實現(xiàn)環(huán)境地圖的創(chuàng)建和機器人的實時定位，再通過與UWB定位信息的數(shù)據(jù)融合，最終達到機器人高精度的定位。

所述移動底盤作為機器人的運動機構(gòu)，包括2個雙向驅(qū)動輪和4個萬向從動輪，并設(shè)置有兩個電機驅(qū)動器，保證機器人快速、精確地移動。

所述傳感器模塊包括1個高清攝像頭，用于實現(xiàn)人臉圖像的采集；1個激光雷達傳感器，用于掃描、檢測環(huán)境信息；3個溫補高精度超聲波傳感器，用于檢測障礙物并實現(xiàn)自主避障。

如圖3所示，本實用新型一種基于人臉識別技術(shù)的導覽解說機器人移動定位流程圖。本實用新型采用UWB定位技術(shù)與激光雷達傳感器相結(jié)合的定位技術(shù)，UWB定位在遮擋的情況下仍然可以進行，兩者結(jié)合起來使該系統(tǒng)定位的可靠性和精度較高。具體實現(xiàn)步驟為：機器人利用激光雷達傳感器掃描周圍環(huán)境信息，以初始位置為坐標原點創(chuàng)建環(huán)境地圖，然后通過卡爾曼濾波算法將激光雷達和里程計測得的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，可以到機器人的坐標位置。在此基礎(chǔ)上，位于底盤SLAM主機的UWB標簽通過接收來自空間中不同位置的3個（或更多）錨點的測距信息，根據(jù)錨點的空間坐標，利用TDOA解算算法計算出標簽的坐標位置。這樣通過將機器人利用激光雷達得到的自定位信息和UWB定位標簽計算得到的位置信息再次進行數(shù)據(jù)融合，從而獲得機器人在地圖坐標系下的精確坐標。此外，機器人在移動的過程中，超聲波不斷檢測障礙物并測得距離，當距離少于設(shè)定的閾值，機器人會根據(jù)算法實現(xiàn)減速并轉(zhuǎn)換方向，最終達到較好的避障效果。

如圖4所示，本實用新型一種基于人臉識別技術(shù)的導覽解說機器人人臉識別工作流程圖。所述流程為識別終端采集人臉圖像完成后，將人臉信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云服務(wù)器，所述的識別處理工作都在云服務(wù)器上完成，識別結(jié)果再通過網(wǎng)絡(luò)返回給識別終端。具體實現(xiàn)步驟為：首先，識別終端中的高清攝像頭負責捕捉、采集有效范圍內(nèi)的人臉圖像并傳遞給人臉識別系統(tǒng)，其次，人臉系統(tǒng)對人臉進行識別，確立相關(guān)人臉部信息，然后，與人臉識別系統(tǒng)相連接的無線通信模塊接收人臉識別系統(tǒng)發(fā)來的識別信號，并將識別信號打包上傳到云端服務(wù)器，云服務(wù)接收到由無線通信裝置發(fā)送來的識別信號，通過服務(wù)器中運行的人臉匹配識別算法將識別信號與服務(wù)器內(nèi)預先存儲的對應(yīng)人物的信息進行處理和比較，如果識別出參展人員，會到該用戶對應(yīng)的信息庫里搜尋之前的到訪記錄，根據(jù)信息記錄里該人員的年齡層段以及參觀記錄有針對性的進行目標展區(qū)的引導和相關(guān)解說內(nèi)容的推送；若識別信息無法與信息庫的身份信息成功匹配，說明是新參展人員，則系統(tǒng)會將新參展人員的人臉圖像、本次訪問記錄以及到訪登記的相關(guān)信息保存在相應(yīng)的訪問信息庫中，通過不斷完善信息庫資料，以便在后續(xù)服務(wù)中提供個性化服務(wù)，最終提高用戶的參展體驗和滿意度。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

機器人結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、方便智能，機器人底盤的定位導航模塊能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境地圖的創(chuàng)建和自我實時定位，配合3個超聲波傳感器，能夠較好的實現(xiàn)自主移動和避障；語音模塊可以實現(xiàn)3-5米遠距離的智能語音交互；機器人的識別終端可以捕獲并識別有效的人臉信息，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云服務(wù)器，利用存儲在服務(wù)器的識別算法和信息庫，識別參觀人員的身份并提供個性化的服務(wù)，提高參觀人員的使用體驗和滿意度。

上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。