專利名稱：一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人系統(tǒng)，特別是一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣象事業(yè)是科技型、基礎(chǔ)性社會(huì)公益事業(yè)。隨著我國氣象事業(yè)的發(fā)展，初步建立了天氣、氣候和科研體系，提高了氣象監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)測和服務(wù)水平，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國防建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。但是，大多數(shù)人除了關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，對氣象事業(yè)的其它方面關(guān)注度并不高，其主要原因有氣象知識的普及化還不高，氣象事業(yè)科技自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)， 宣傳和實(shí)施方面還缺少具有個(gè)性化色彩的手段。機(jī)器人整合了控制理論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、傳感技術(shù)等各種理論和技術(shù)。智能機(jī)器人通過各種傳感器感知內(nèi)外部信息，經(jīng)過“大腦”的信息處理對環(huán)境或互動(dòng)個(gè)體發(fā)出響應(yīng)。智能機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)從傳統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用向各個(gè)領(lǐng)域拓展，機(jī)器人的功能更加完善且可以根據(jù)具體需求進(jìn)行功能定制。利用機(jī)器人領(lǐng)域技術(shù)，將氣象要素探測、天氣播報(bào)、氣象知識普及和氣象信息可視化等結(jié)合為一體，并實(shí)現(xiàn)自主服務(wù)，從而提高氣象業(yè)務(wù)特別是氣象科普宣傳工作的交互性。如何將機(jī)器人及其它現(xiàn)代技術(shù)巧妙地運(yùn)用到氣象領(lǐng)域，是一個(gè)值得深入探討的課題，現(xiàn)有技術(shù)中尚無相關(guān)具體的報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺，二者通過無線路由傳輸信息；所述機(jī)器人載體包含控制模塊、顯示交互模塊、動(dòng)力模塊、傳感模塊、語音模塊、視頻模塊、通訊模塊，該機(jī)器人載體通過控制模塊與遠(yuǎn)程交互平臺傳輸信息，所述控制模塊包括內(nèi)嵌式工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，內(nèi)嵌式工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡分別與所述動(dòng)力模塊、傳感模塊、視頻模塊、顯示交互模塊、通訊模塊、語音模塊通訊連接，所述內(nèi)嵌式工控機(jī)用于對數(shù)據(jù)采集卡獲得的信息進(jìn)行分析處理并發(fā)送相關(guān)控制或響應(yīng)指令對其它模塊進(jìn)行控制，所述數(shù)據(jù)采集卡，用于采集和存儲接收的外部信息、感知模塊信息以及系統(tǒng)內(nèi)部模塊產(chǎn)生的信息。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為本實(shí)用新型公開的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，將傳感器技術(shù)、無線遙控技術(shù)、模式識別技術(shù)等融為一體，并緊密結(jié)合氣象要素采集和播報(bào)、氣象知識查詢和宣傳等氣象業(yè)務(wù)，突出了本系統(tǒng)的氣象特點(diǎn)。用戶可以通過觸摸或語音方式控制機(jī)器人載體的運(yùn)動(dòng)并詢問氣象信息及知識，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話；機(jī)器人載體可以識別人臉特征，并能夠在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)自主避障。另外，機(jī)器人載體與遠(yuǎn)程交互平臺的雙向信息交流可實(shí)現(xiàn)氣象采集要素的傳遞和遠(yuǎn)程機(jī)器人載體簡單運(yùn)動(dòng)控制。本實(shí)用新型的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)為氣象事業(yè)增加了科技創(chuàng)新成分，用于氣象科普展覽，流動(dòng)氣象服務(wù)等， 提高了氣象業(yè)務(wù)的趣味性和互動(dòng)性，為氣象事業(yè)增添了個(gè)性化色彩，加強(qiáng)了了氣象事業(yè)的普及化程度。[0007]
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1為本實(shí)用新型的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)器人載體模塊構(gòu)成圖。圖2為本實(shí)用新型的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)器人載體結(jié)構(gòu)圖。
附圖標(biāo)號說明Nl動(dòng)力模塊、N2驅(qū)動(dòng)輪、N3導(dǎo)向輪、N4控制模塊、N5紅外傳感器、N6聲納傳感器、N7無線通訊模塊、N8外圍電路、N9風(fēng)速傳感器、NlO風(fēng)向傳感器、Nll顯示器、N12語音輸入裝置、N13視頻輸入裝置。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖廣圖3，本實(shí)用新型的一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺，二者通過無線路由傳輸信息；所述機(jī)器人載體包含控制模塊、顯示交互模塊、動(dòng)力模塊、傳感模塊、語音模塊、視頻模塊、通訊模塊，該機(jī)器人載體通過控制模塊與遠(yuǎn)程交互平臺傳輸信息，所述控制模塊包括內(nèi)嵌式工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，內(nèi)嵌式工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡分別與所述動(dòng)力模塊、傳感模塊、視頻模塊、顯示交互模塊、通訊模塊、語音模塊通訊連接，所述內(nèi)嵌式工控機(jī)用于對數(shù)據(jù)采集卡獲得的信息進(jìn)行分析處理并發(fā)送相關(guān)控制或響應(yīng)指令對其它模塊進(jìn)行控制，所述數(shù)據(jù)采集卡，用于采集和存儲接收的外部信息、感知模塊信息以及系統(tǒng)內(nèi)部模塊產(chǎn)生的信息。所述內(nèi)嵌式工控機(jī)可用于其它控制板或設(shè)備的擴(kuò)展。所述顯示交互模塊包括觸摸屏、顯示器、語音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無線鍵鼠輸入裝置、急停開關(guān)，所述觸摸屏、顯示器、語音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無線鍵鼠輸入裝置分別與控制模塊中內(nèi)嵌式工控機(jī)以及數(shù)據(jù)采集卡通訊連接，其中觸摸屏用于手動(dòng)輸入信息，顯示器用于顯示輸出信息及機(jī)器表情信息，語音輸入輸出裝置包括麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，用于輸入語音和播報(bào)信息；所述無線鍵鼠輸入裝置用于手動(dòng)輸入信息，所述急停開關(guān)用于對機(jī)器人載體進(jìn)行緊急制動(dòng)。所述動(dòng)力模塊包括直流伺服電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制卡、編碼器、齒輪箱、驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪，其中運(yùn)動(dòng)控制卡的處理和轉(zhuǎn)接后的信號為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號，編碼器的信號通過所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及轉(zhuǎn)接部分轉(zhuǎn)接輸入所述運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行處理，編碼器的信號為所述直流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的反饋信號，所述齒輪箱通過所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與直流伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪連接。所述傳感模塊包括聲納傳感器、PSD紅外傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器和輻射傳感器，上述傳感器均與控制模塊的內(nèi)嵌式工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡通訊連接。機(jī)器人載體3還包括電源模塊，所述電源模塊擴(kuò)展了常規(guī)的直流穩(wěn)壓電源，包括5V，12V和24V，可以為各種傳感器、顯示器或其它設(shè)備供電。遠(yuǎn)程交互平臺包括觸摸屏、顯示器、計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備、電源設(shè)備、無線鍵鼠輸入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口及無線通訊模塊。具體而言，氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。所述機(jī)器人載體包含控制模塊、顯示交互模塊、動(dòng)力模塊、傳感模塊、語音模塊、視頻模塊、通訊模塊。所述機(jī)器人載體，其中所述控制模塊包括內(nèi)嵌式工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡；所述控制模塊與所述遠(yuǎn)程交互平臺互為通訊連接。所述內(nèi)嵌式工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡分別與所述動(dòng)力模塊、顯示交互模塊、傳感模塊、視頻模塊、語音模塊等通訊連接。所述內(nèi)嵌式工控機(jī)，用于對數(shù)據(jù)采集卡獲得的信息進(jìn)行分析處理并發(fā)送相關(guān)控制或響應(yīng)指令對其它模塊進(jìn)行控制。同時(shí)，所述內(nèi)嵌式工控機(jī)可用于其它控制板或設(shè)備的擴(kuò)展。所述數(shù)據(jù)采集卡，用于采集和存儲接收的外部信息、感知模塊信息以及系統(tǒng)內(nèi)部模塊產(chǎn)生的信息。所述的顯示交互模塊，其特征在于包括觸摸屏、顯示器、語音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無線鍵鼠輸入裝置、急停開關(guān)；所述觸摸屏、顯示器、語音輸入輸出裝置、無線鍵鼠輸入裝置分別與所述控制模塊中內(nèi)嵌式工控機(jī)以及數(shù)據(jù)采集卡通訊連接。所述觸摸屏，用于手動(dòng)輸入信息。所述顯示器，用于顯示輸出信息及機(jī)器表情信息。所述語音輸入輸出裝置包括麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，用于輸入語音和播報(bào)信息。所述無線鍵鼠輸入裝置用于手動(dòng)輸入信息。所述急停開關(guān)用于對機(jī)器人載體進(jìn)行緊急制動(dòng)。所述機(jī)器人載體，其中所述動(dòng)力模塊包括直流伺服電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制卡、編碼器、齒輪箱、驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪。所述運(yùn)動(dòng)控制卡是所述動(dòng)力模塊的主要部分，經(jīng)過所述運(yùn)動(dòng)控制卡的處理后的信號作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號。所述編碼器的信號通過所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及轉(zhuǎn)接部分轉(zhuǎn)接輸入所述運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行處理，所述編碼器可以作為所述直流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的反饋信號。所述齒輪箱通過所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與直流伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪連接。所述機(jī)器人載體，其中所述傳感模塊，其特征在于，包含聲納傳感器、PSD紅外傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器、輻射傳感器，并與控制模塊的內(nèi)嵌式工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡通訊連接。所述聲納傳感器用于測定機(jī)器人周圍障礙物的距離。所述PSD紅外傳感器用于目標(biāo)距離測量和位置測量。 所述溫度傳感器用于檢測機(jī)器人載體周圍環(huán)境的溫度。所述濕度傳感器用于檢測機(jī)器人載體周圍環(huán)境的濕度。所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器用于測量機(jī)器人載體所處環(huán)境的風(fēng)速和風(fēng)向。所述氣壓傳感器用于測量機(jī)器人載體所處環(huán)境的氣壓。所述雨量傳感器用于測量機(jī)器人載體所處環(huán)境規(guī)定時(shí)間內(nèi)的降雨量。所述輻射傳感器用于檢測記錄機(jī)器人載體周圍環(huán)境太陽輻射參數(shù)。所述機(jī)器人載體，其中所述語音模塊，用于處理與語音有關(guān)的事物，如語音識別，語音查詢，語音播報(bào)。所述機(jī)器人載體，其中所述視頻模塊，用于采集圖像和視頻的處理，提取特征并進(jìn)行人臉識別。所述機(jī)器人載體，其中所述通訊模塊，其特征在于管理機(jī)器人載體與遠(yuǎn)程交互平臺的基于無線網(wǎng)絡(luò)的通訊。所述機(jī)器人載體還包括電源模塊，供電方式包括電池供電和外接電源供電，用于各種驅(qū)動(dòng)、傳感器、顯示器和其它功能電路的供電，提供了多種電壓輸出，如5V，12V，24V0所述氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程交互平臺包括硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)。所述遠(yuǎn)程交互平臺的硬件設(shè)備包括觸摸屏、顯示器、計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備、電源設(shè)備、無線鍵鼠輸入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口。所述遠(yuǎn)程交互平臺的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)知識查詢、機(jī)器人載體交互通訊和控制以及良好的人機(jī)交互界面。下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的描述本實(shí)用新型的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)主要包括機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺；機(jī)器人載體通過無線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程交互平臺一起工作。在機(jī)器人載體上，可以通過觸摸屏手工輸入或語音輸入運(yùn)動(dòng)指令，機(jī)器人載體的控制模塊控制動(dòng)力模塊做出響應(yīng)，使機(jī)器人載體按要求運(yùn)動(dòng)或自由運(yùn)動(dòng)。聲納傳感器和PSD紅外傳感器可以感知障礙物信息并通過顯示器展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)自主避障。此外，機(jī)器人載體可觸摸實(shí)現(xiàn)以下功能實(shí)時(shí)氣象要素采集和播報(bào)，氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)主要功能介紹，與遠(yuǎn)程交互平臺的通訊測試與連接控制，錯(cuò)誤報(bào)警等。而通過語音模塊，用戶可以語音方式實(shí)現(xiàn)以上所有功能，并且語音查詢知識儲備中的各類氣象知識、生活常識，與機(jī)器人載體進(jìn)行人機(jī)對話。機(jī)器人載體可以通過其“眼睛”(視頻輸入裝置)捕捉人臉圖像并通過視頻模塊的處理和特征提取，進(jìn)行人臉識別。機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺通信成功后，用戶可以通過遠(yuǎn)程交互平臺向機(jī)器人載體發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，并可以觀察到機(jī)器人載體的運(yùn)動(dòng)情況。機(jī)器人載體通過傳感模塊的氣象傳 感器采集到其位置環(huán)境的氣象要素信息，不僅可以實(shí)時(shí)播報(bào)，還可以傳送給遠(yuǎn)程交互平臺顯示。此外，用戶在遠(yuǎn)程交互平臺上可以觸摸查詢氣象常識，知識庫豐富，圖文并茂，生動(dòng)形象。這樣，氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人載體不僅可以獨(dú)立進(jìn)行氣象科普宣傳，氣象要素采集和播報(bào)，人臉識別和語音互動(dòng)功能，還可以和遠(yuǎn)程交互平臺進(jìn)行信息交流，使各項(xiàng)功能更加完善，可靠性、穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，且具有顯著氣象特征。本實(shí)用新型系統(tǒng)的機(jī)器人載體基本模塊構(gòu)成如圖1，其包括控制模塊、顯示交互模塊、動(dòng)力模塊、傳感模塊、語音模塊、視頻模塊、通訊模塊。其中，所述控制模塊由內(nèi)嵌式工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡組成，內(nèi)嵌式工控機(jī)集成了 CPU、內(nèi)存、硬盤、串口、并口、AD/DA、I/O、PCI、網(wǎng)絡(luò)、VGA和8路USB 2. 0接口等，采用了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線與機(jī)器人載體其它模塊或者外接模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；控制模塊主要對傳感信息，視頻和語音輸入信息和其它模塊產(chǎn)生的信息進(jìn)行分析處理后，發(fā)出指令給相應(yīng)動(dòng)力模塊或輸出裝置完成各自工作。所述顯示交互模塊包括觸摸屏、顯示器、語音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無線鍵鼠輸入裝置、急停開關(guān)，其中觸摸屏、無線鍵鼠輸入裝置通過USB接口與控制模塊的內(nèi)嵌式工控機(jī)連接，顯示器和語音輸入輸出裝置則直接通過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)接口與內(nèi)嵌式工控機(jī)及數(shù)據(jù)采集卡通訊連接。顯示器有兩個(gè)，安裝在機(jī)器人載體頭部的用于顯示機(jī)器人動(dòng)態(tài)表情，安裝在機(jī)器人腹部的用來顯示用戶界面和其它輸出信息，并將觸摸屏安裝在該處顯示器上， 用于手工輸入信息；語音輸入裝置(一般為麥克風(fēng))安裝在機(jī)器人載體手臂處，用于語音信號輸入；無線鍵鼠因用于調(diào)試可不安裝。此外，當(dāng)機(jī)器人載體處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，通過急停開關(guān)切斷電源，停止動(dòng)力模塊運(yùn)轉(zhuǎn)，保證機(jī)器人載體和附近用戶的安全。所述動(dòng)力模塊為輪式車模型，包含了兩個(gè)直流伺服電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，運(yùn)動(dòng)控制卡，編碼器，兩個(gè)齒輪箱，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)導(dǎo)向輪。運(yùn)動(dòng)控制卡是動(dòng)力模塊的核心，本機(jī)器人載體使用二軸的運(yùn)動(dòng)控制卡；運(yùn)動(dòng)控制卡的PWM信號通過處理和轉(zhuǎn)接輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號。調(diào)節(jié)PWM信號的不同占空比可以調(diào)節(jié)機(jī)器人載體的速度。 運(yùn)動(dòng)控制卡的DI/D0輸出信號作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的方向及使能信號。編碼器的信號通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及轉(zhuǎn)接板轉(zhuǎn)接，輸入到運(yùn)動(dòng)控制卡中進(jìn)行處理；編碼器可以作為伺服運(yùn)動(dòng)控制的反饋信號。兩個(gè)直流伺服電機(jī)分別與兩個(gè)齒輪箱連接，兩個(gè)齒輪箱分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪連接，驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器人載體的運(yùn)動(dòng)；所述導(dǎo)向輪獨(dú)立安裝，無電連接。機(jī)器人載體的轉(zhuǎn)彎主要是通過兩個(gè)電機(jī)的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。所述傳感模塊包含聲納傳感器、PSD紅外傳感器和氣象傳感器。聲納傳感器和PSD 紅外傳感器都安裝在輪式車的頂層，即機(jī)器人載體的中下部，作為兩種測距傳感器可以互補(bǔ)，機(jī)器人載體安裝了 12個(gè)聲納傳感器，兩兩之間的夾角是30度，可以進(jìn)行全方位測距。 PSD紅外傳感器位置分辨率高、響應(yīng)快，能夠?qū)ξ恢?、位移、角度等進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。因此，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人載體的自動(dòng)避障。所述傳感模塊還包括氣象機(jī)器人載體上的各氣象傳感器溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、雨量傳感器、輻射傳感器、氣壓傳感器，用于對風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣溫、相對濕度、氣壓、太陽輻射等氣象要素進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測。設(shè)置專用芯片及外圍電路能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、處理、存儲及數(shù)據(jù)傳輸，并通過RS232串口與工控機(jī)通訊連接。對于模擬信號，將該信號接入專用的數(shù)據(jù)采集卡，結(jié)合固定的數(shù)據(jù)處理程序獲得測量對象的測量值；對于數(shù)字信號，經(jīng)串口輸入，根據(jù)該信號的輸入格式，直接分析測量對象的測量值。所述語音模塊對輸入語音信息進(jìn)行語音識別，并通過語音合成將語音庫中匹配的文字信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成連續(xù)的語音，通過語音輸出裝置輸出。語音模塊主要組件包括語音合成運(yùn)行庫，包含運(yùn)行合成系統(tǒng)需要的資源、管理工具和演示程序；語音合成開發(fā)包，包含開發(fā)需要的聲明、接口文檔和示例程序源碼；加密鎖，用于防止非法拷貝和控制License數(shù)量。語音模塊可以對知識問答，日常對話，語音控制等語音信息進(jìn)行處理并做相應(yīng)語音輸出ο所述視頻模塊在顯示交互模塊的視頻輸入裝置輔助下，用于視頻采集處理和人臉識別。其特征在于，非接觸地采集和提取人臉的某些特征，通過這些特征進(jìn)行比對，識別人臉。其中，采集視頻圖像，獲取視頻數(shù)據(jù)后，用戶可以對該視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括圖像的預(yù)處理、圖像壓縮、提取圖像的各種特征和圖像壓縮等；視頻采集裝置安裝在機(jī)器人載體的頂部，保證可視正常人體高度。所述通訊模塊用于管理機(jī)器人載體與遠(yuǎn)程交互平臺的無線通訊。該模塊使用USB 無線網(wǎng)卡連接無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與相互遠(yuǎn)程交互平臺的通訊。所述氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程交互平臺，該平臺具有觸摸查詢功能。安裝觸摸屏顯示器，設(shè)計(jì)氣象科普用戶界面，不僅介紹展示氣象常識，旅游城市天氣查詢及相關(guān)氣候信息查詢，最重要的是可以通過無線通訊和機(jī)器人載體進(jìn)行信息交流，接受機(jī)器人實(shí)時(shí)采集的氣象要素信息，并對機(jī)器人載體操作控制，觀察機(jī)器人附近障礙物距離信息。本實(shí)用新型的機(jī)器人載體有外界電源接口，小范圍活動(dòng)時(shí)可采用外接電源，電池供電線路自動(dòng)切斷；機(jī)器人載體的電池采用MV，20AH的鋰電池，可在充滿電后運(yùn)行2小時(shí)以上。本實(shí)用新型的機(jī)器人載體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。動(dòng)力模塊m安裝在所述機(jī)器人載體主箱體的底層，機(jī)器人載體腳部安裝左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪N2，使機(jī)器人載體在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可以自主運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人載體主箱體底層靠近后部位置安裝導(dǎo)向輪N3，用于使機(jī)器人載體能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)；PSD紅外傳感器N5和聲納傳感器N6安裝在機(jī)器人載體主箱體的上部，并且是360 度全方位安裝，能夠?qū)崿F(xiàn)自主避障；氣象傳感器專用芯片和外圍電路N8安裝在機(jī)器人載體主箱體頂部，對氣象傳感器采集信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、處理、存儲及數(shù)據(jù)傳輸；風(fēng)速傳感器N9 和風(fēng)向傳感器NlO安裝在機(jī)器人載體的左右手部位置，用來測量風(fēng)向風(fēng)速，其它氣象傳感器安裝在機(jī)器人載體身后相應(yīng)位置，并與氣象傳感器專用芯片連接；機(jī)器人載體手臂處還需安裝語音輸入裝置附2，用以輸入語音信息，并且保證語音能較清晰輸入；顯示交互模塊的2個(gè)顯示器Nll分別安裝在機(jī)器人載體臉部和機(jī)器人載體中部位置，臉部顯示器可以顯示機(jī)器人的動(dòng)態(tài)表情，增加其交互生動(dòng)性，機(jī)器人載體中部顯示器安裝觸摸屏，是用戶主界面操作顯示部分，輸出各種可視信息；機(jī)器人載體頭頂安裝視頻輸入裝置附3，用于采集視頻圖像信息；機(jī)器人載體的控制模塊N4位于主箱體中間層，與其它模塊通訊連接；無線通訊模塊N7的無線網(wǎng)卡安裝在身部顯示器后面，通過USB接口與機(jī)器人載體的控制模塊工控機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程交互平臺的通訊；另外，機(jī)器人載體背部位置安裝急停開關(guān)，防止機(jī)器人載體失控傷人；遠(yuǎn)程交互平臺設(shè)置成觸摸查詢一體機(jī)的樣式，實(shí)現(xiàn)各種查詢和遠(yuǎn)程控制操作。如圖2所示，機(jī)器人載體有外殼，顯示器、傳感器、視頻輸入裝置、語音輸入裝置等是可視的，而主箱體部分是不可視的。
本實(shí)用新型的機(jī)器人系統(tǒng)主要用于氣象業(yè)務(wù)領(lǐng)域，特別可以服務(wù)于氣象科普展覽和宣傳，并體現(xiàn)機(jī)器人的互動(dòng)特點(diǎn)。機(jī)器人載體采用開放式硬件/軟件架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)方式，支持無線遠(yuǎn)程控制與信息傳輸，可自主運(yùn)動(dòng)和避障、人臉識別、人機(jī)對話(包括語音識別和語音合成)、氣象信息采集與播報(bào)等功能；同時(shí)，遠(yuǎn)程交互平臺除可以與機(jī)器人載體信息交流，還有知識查詢功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，功能全面，能在宣傳氣象知識、報(bào)告氣象信息的同時(shí)具備很好的互動(dòng)性和趣味性，有利于氣象科普知識的普及。
權(quán)利要求1.一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺，二者通過無線路由傳輸信息；所述機(jī)器人載體包含控制模塊、顯示交互模塊、動(dòng)力模塊、傳感模塊、語音模塊、視頻模塊、通訊模塊，該機(jī)器人載體通過控制模塊與遠(yuǎn)程交互平臺傳輸信息，所述控制模塊包括內(nèi)嵌式工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，內(nèi)嵌式工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡分別與所述動(dòng)力模塊、傳感模塊、視頻模塊、顯示交互模塊、通訊模塊、語音模塊通訊連接，所述內(nèi)嵌式工控機(jī)用于對數(shù)據(jù)采集卡獲得的信息進(jìn)行分析處理并發(fā)送相關(guān)控制或響應(yīng)指令對其它模塊進(jìn)行控制，所述數(shù)據(jù)采集卡，用于采集和存儲接收的外部信息、感知模塊信息以及系統(tǒng)內(nèi)部模塊產(chǎn)生的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示交互模塊包括觸摸屏、顯示器、語音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無線鍵鼠輸入裝置、急停開關(guān)，所述觸摸屏、顯示器、語音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無線鍵鼠輸入裝置分別與控制模塊中內(nèi)嵌式工控機(jī)以及數(shù)據(jù)采集卡通訊連接，其中觸摸屏用于手動(dòng)輸入信息，顯示器用于顯示輸出信息及機(jī)器表情信息，語音輸入輸出裝置包括麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，用于輸入語音和播報(bào)信息；所述無線鍵鼠輸入裝置用于手動(dòng)輸入信息，所述急停開關(guān)用于對機(jī)器人載體進(jìn)行緊急制動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)力模塊包括直流伺服電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制卡、編碼器、齒輪箱、驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪，其中運(yùn)動(dòng)控制卡的處理和轉(zhuǎn)接后的信號為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號，編碼器的信號通過所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及轉(zhuǎn)接部分轉(zhuǎn)接輸入所述運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行處理，編碼器的信號為所述直流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的反饋信號，所述齒輪箱通過所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與直流伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感模塊包括聲納傳感器、PSD紅外傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器和輻射傳感器，上述傳感器均與控制模塊的內(nèi)嵌式工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡通訊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，機(jī)器人載體還包括電源模塊，所述電源模塊擴(kuò)展了常規(guī)的直流穩(wěn)壓電源，包括5V，12V和24V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，遠(yuǎn)程交互平臺包括觸摸屏、顯示器、計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備、電源設(shè)備、無線鍵鼠輸入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口及無線通訊模塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種具有顯著特點(diǎn)的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，包括多功能的機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺。其中，機(jī)器人載體采用開放式硬件/軟件架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)方式，支持無線遠(yuǎn)程控制與信息傳輸，可實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)和避障、人臉識別、人機(jī)對話等功能；傳感模塊的氣象傳感器可以進(jìn)行溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量、輻射度等氣象要素的實(shí)時(shí)采集并通過語音模塊處理后進(jìn)行播報(bào)；同時(shí)，遠(yuǎn)程交互平臺除可以與機(jī)器人載體信息交流，還有知識庫查詢功能。完整系統(tǒng)允許機(jī)器人在室內(nèi)或戶外環(huán)境移動(dòng)，可廣泛應(yīng)用于各類科普展覽、迎賓，并拓展與氣象業(yè)務(wù)相結(jié)合，重點(diǎn)應(yīng)用于氣象科普宣傳和展覽領(lǐng)域。
文檔編號G06F19/00GK202134012SQ201120226039
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者劉佳, 葉小嶺, 張穎超, 張齊東, 楊樂 申請人:南京信息工程大學(xué)