本發(fā)明屬于機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種利用LED投射原理的移動(dòng)式的遠(yuǎn)程臨場(chǎng)交互機(jī)器人。

背景技術(shù)：

如今，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)不僅僅在工業(yè)中得到應(yīng)用，同時(shí)，也逐漸的進(jìn)入了人們的生活當(dāng)中。近年來，遠(yuǎn)程臨場(chǎng)（telepresence）技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸使得人們能夠接近無時(shí)延的接收和發(fā)送信息，使得機(jī)器人代替人們親臨各種社交場(chǎng)合，實(shí)時(shí)操作完成各種繁復(fù)的工作成為可能。而在相關(guān)的技術(shù)當(dāng)中，如何使得機(jī)器人具有實(shí)時(shí)重現(xiàn)人類的面部表情的能力是研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，近年來，越來越多的機(jī)構(gòu)開展了仿人面部表情機(jī)器人的研究。而頭投射技術(shù)則能在很大程度上高度還原人類的表情，賦予機(jī)器人面部語言，提高機(jī)器人的社交能力，使得機(jī)器人能夠以不同的形象代替人們出席不同的場(chǎng)合。

目前，已經(jīng)有多種的技術(shù)使得機(jī)器人具有非語言的交際能力。包括有機(jī)電整合，模擬人類的五官，使用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部件使得機(jī)器人具有相應(yīng)的表情。

由于機(jī)器人的表情原件難以協(xié)同運(yùn)作，機(jī)器人很難獲得自然的面部表情，而且過多的機(jī)電驅(qū)動(dòng)器也使得機(jī)器人的面部表情模式單一，同時(shí)噪聲也會(huì)加大，影響機(jī)器人的社交能力，較多的機(jī)電驅(qū)動(dòng)器也使得機(jī)器人頭部的成本增加。在實(shí)際應(yīng)用中，迫切需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，且能高度還原人類表情的LED投射機(jī)器人頭部。

中國公開專利號(hào)：CN105437247A，名稱： 一種表情機(jī)器人。該發(fā)明提供了一種表情機(jī)器人,機(jī)器人本體構(gòu)架設(shè)置在固定桁架的固定面上,固定桁架上固設(shè)有多個(gè)步進(jìn)電機(jī)組及分別與步進(jìn)電機(jī)組連接的多個(gè)齒輪齒條傳動(dòng)組,機(jī)器人本體構(gòu)架包括骨架系統(tǒng)、設(shè)置在所述骨架系統(tǒng)上的兩眉毛轉(zhuǎn)動(dòng)部件、設(shè)置在骨架系統(tǒng)上的兩眼瞼轉(zhuǎn)動(dòng)部件、設(shè)置在骨架系統(tǒng)上的兩眼球轉(zhuǎn)動(dòng)部件、設(shè)置在骨架系統(tǒng)上的下頜運(yùn)動(dòng)部件及設(shè)置在骨架系統(tǒng)上的攝像感應(yīng)裝置,機(jī)器人本體構(gòu)架上設(shè)有分別與齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的用于控制眉毛轉(zhuǎn)動(dòng)部件、眼瞼轉(zhuǎn)動(dòng)部件、眼球轉(zhuǎn)動(dòng)部件及下頜運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的多個(gè)驅(qū)動(dòng)鋼絲。該機(jī)器人平臺(tái)具有較高的智能性，機(jī)器人的表情逼真，其表面特征更加接近人類的面部。但該發(fā)明結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，無法普及到生活當(dāng)中。

中國專利號(hào)：CN204868877U，名稱：一種頭部安裝互動(dòng)屏幕的智能移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人，該發(fā)明提供了一種頭部安裝互動(dòng)屏幕的智能移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人，該機(jī)器人的頭部為類球體結(jié)構(gòu),所述類球體結(jié)構(gòu)一側(cè)為

圓形平面,所述圓形平面上設(shè)置有攝像頭和顯示屏,所述類球體結(jié)構(gòu)表面還設(shè)置有曲槽，所述曲槽與所述圓形平面在豎直方向的投影面垂直。該移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人頭部提供顯示屏幕，能夠顯示出靈活多變的表情圖案，增強(qiáng)了機(jī)器人的互動(dòng)能力，但該機(jī)器人頭部的屏幕形狀因受到了顯示屏制造技術(shù)的限制而不能獲得彎曲度接近人類面部的顯示平面，影響了實(shí)際的表情還原度，另外，顯示屏也將增加機(jī)器人的耗電，機(jī)器人的續(xù)航時(shí)間受到了限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種機(jī)器人平臺(tái)，提供個(gè)性化的定制形象平臺(tái)用以展示近端使用者的面部表情。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種移動(dòng)式的遠(yuǎn)程臨場(chǎng)交互機(jī)器人，由上至下依次包括相連接的頭部、三自由度支架、下身軀干及移動(dòng)平臺(tái)，三自由度支架使得機(jī)器人的頭部能夠自由的活動(dòng)，還包括：一個(gè)微型LED投射儀、一個(gè)揚(yáng)聲器、至少一個(gè)攝像頭及兩個(gè)聽筒，所述的頭部包括主要由透光面具和鋼制后罩共同組成，所述微型LED投射儀放置在頭部?jī)?nèi)且位于透光面具后方，微型LED投射儀安放在機(jī)器人的頭部?jī)?nèi)，用于將電腦模擬生成的角色形象投射到透光面具上，所述聽筒位于頭部的兩側(cè)，所述揚(yáng)聲器和攝像頭位于下身軀干上，用于臨場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳輸。

進(jìn)一步地，所述的透光面具有人類的面部輪廓，由透光塑料制成，采用真空一體式成型工藝制造，表面光滑均勻。面部輪廓可增強(qiáng)投影表情的表現(xiàn)力，使得機(jī)器人更容易為人所接受，大大提升機(jī)器人的社交能力。

進(jìn)一步地，所述微型LED投射儀與透光面具之間還設(shè)置有凸透鏡，以縮短投射儀的投射距離，保證機(jī)器人的頭部大小合適。

進(jìn)一步地，所述的揚(yáng)聲器位于下身軀干的上端開孔處且隱藏于下身軀干內(nèi)，用于將用戶的聲音信息實(shí)時(shí)透過所述開孔播放。

進(jìn)一步地，所述的攝像頭位于下身軀干的上端且隱藏于下身軀干內(nèi)，用于實(shí)時(shí)采集和向用戶傳遞現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息。

進(jìn)一步地，所述聽筒隱藏于頭部?jī)?nèi)并分別位于左右兩側(cè)，用于實(shí)時(shí)采集并向用戶發(fā)送聲音信號(hào)，即負(fù)責(zé)接收機(jī)器人所在現(xiàn)場(chǎng)的聲音，并將其傳遞給使用者。

進(jìn)一步地，所述三自由度支架外表采用封裝設(shè)計(jì)，通過螺柱連接于頭部和下身軀干之間，以保證其美觀性和密封性，增加活動(dòng)關(guān)節(jié)的使用壽命。

進(jìn)一步地，所述的移動(dòng)平臺(tái)呈圓柱形，其下方包括四個(gè)能獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪，兩個(gè)相對(duì)的驅(qū)動(dòng)輪的連線相交成90°，采用了雙輪行走的形式，機(jī)器人能夠自由的改變行進(jìn)的方向，賦予機(jī)器人靈活的行動(dòng)能力，確保機(jī)器人在移動(dòng)過程中能夠保持穩(wěn)定，且能在遇到障礙時(shí)做出靈活的轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步地，所述的移動(dòng)平臺(tái)底部邊緣設(shè)置有防蹭橡膠護(hù)條，起到保護(hù)作用。

進(jìn)一步地，所述的下身軀干采用流線型設(shè)計(jì)，從而在形態(tài)上更加擬人化，使得本發(fā)明在社交場(chǎng)合中更容易被他人接受。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1，本發(fā)明的形象可以由用戶通過計(jì)算機(jī)定制生成，用戶能夠根據(jù)場(chǎng)合的不同以及個(gè)人的喜好自由選擇投射形象的膚色、五官的形狀及組合，使得本發(fā)明能獲得較好的表現(xiàn)能力。

2，本發(fā)明能夠自然且靈活多變的重現(xiàn)使用者的面部表情，并通過使用者選定的形象表現(xiàn)出來，以使該發(fā)明獲得更高的社會(huì)交際能力。

3，本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈巧，制造成本低，使用方便可靠，在運(yùn)行過程中發(fā)出的噪聲小。

4，利用臨場(chǎng)技術(shù)，使得機(jī)器人平臺(tái)能夠代替使用者外出進(jìn)行社交活動(dòng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的正視示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的右視示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例頭部的剖面示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例軀干的正視示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例移動(dòng)平臺(tái)的正視示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖。

圖中所示為：1-頭部；2-三自由度支架；3-下身軀干；4-微型LED透射儀；5-凸透鏡；6-聽筒；7-攝像頭；8-揚(yáng)聲器；9-驅(qū)動(dòng)輪；10-防蹭橡膠護(hù)條。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。

如圖1至圖4所示，一種移動(dòng)式的遠(yuǎn)程臨場(chǎng)交互機(jī)器人，由上至下依次包括相連接的頭部1、三自由度支架2、下身軀干3及移動(dòng)平臺(tái)，三自由度支架2使得機(jī)器人的頭部能夠自由的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、點(diǎn)頭等動(dòng)作，配合機(jī)器人面部的豐富表情，增強(qiáng)機(jī)器人的非語言表達(dá)能力，所述的下身軀干3采用流線型設(shè)計(jì)，從而在形態(tài)上更加擬人化，使得本發(fā)明在社交場(chǎng)合中更容易被他人接受，還包括：一個(gè)微型LED投射儀4、一個(gè)揚(yáng)聲器、至少一個(gè)攝像頭7及兩個(gè)聽筒6，所述的頭部包括主要由透光面具和鋼制后罩共同組成，所述微型LED投射儀4放置在頭部1內(nèi)且位于透光面具后方，微型LED投射儀4安放在機(jī)器人的頭部?jī)?nèi)，用于將電腦模擬生成的角色形象投射到透光面具上，所述聽筒6位于頭部1的兩側(cè)，所述揚(yáng)聲器8和攝像頭7位于下身軀干3上，用于臨場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳輸。

所述的透光面具有人類的面部輪廓，由透光塑料制成，采用真空一體式成型工藝制造，表面光滑均勻。面部輪廓可增強(qiáng)投影表情的表現(xiàn)力，配合微型LED投射儀4的精準(zhǔn)投射，使得機(jī)器人的臉部表情更加逼真。使得機(jī)器人更容易為人所接受，大大提升機(jī)器人的社交能力。

如圖3所示，本實(shí)施例的所述微型LED投射儀4安放在距離投影薄膜25cm處，因此，為了能夠使得微型LED投射儀4的圖像能夠清晰準(zhǔn)確的投影到透光面具上，所述微型LED投射儀4與透光面具之間還設(shè)置有凸透鏡5，以縮短投射儀的投射距離，保證機(jī)器人的頭部大小合適。

所述的揚(yáng)聲器8位于下身軀干3的上端開孔處且隱藏于下身軀干3內(nèi)，用于將用戶的聲音信息實(shí)時(shí)透過所述開孔播放，結(jié)合機(jī)器人的面部表情，使得機(jī)器人能夠擁有突出的現(xiàn)場(chǎng)交流能力。

所述的攝像頭7位于下身軀干3的上端且隱藏于下身軀干3內(nèi)，采用高清攝像頭，用于實(shí)時(shí)采集和向用戶傳遞現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息。

所述聽筒6隱藏于頭部1內(nèi)并分別位于左右兩側(cè)，用于實(shí)時(shí)采集并向用戶發(fā)送聲音信號(hào)，即負(fù)責(zé)接收機(jī)器人所在現(xiàn)場(chǎng)的聲音，并將其通過蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳遞給使用者。

所述三自由度支架2外表采用封裝設(shè)計(jì)，通過螺柱連接于頭部1和下身軀干3之間，以保證其美觀性和密封性，增加活動(dòng)關(guān)節(jié)的使用壽命。

如圖5所示，所述的移動(dòng)平臺(tái)呈圓柱形，其下方包括四個(gè)能獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪9，兩個(gè)相對(duì)的驅(qū)動(dòng)輪的連線相交成90°，采用了四輪驅(qū)動(dòng)、雙輪行走的形式，機(jī)器人能夠自由的改變行進(jìn)的方向，賦予機(jī)器人靈活的行動(dòng)能力，確保機(jī)器人在移動(dòng)過程中能夠保持穩(wěn)定，且能在遇到障礙時(shí)做出靈活的轉(zhuǎn)向，使得機(jī)器人的外觀更加簡(jiǎn)潔大方，更容易在社會(huì)交際中被接受，另外所述的移動(dòng)平臺(tái)底部邊緣設(shè)置有防蹭橡膠護(hù)條10，降低機(jī)器人在行進(jìn)過程中受到突發(fā)性撞擊時(shí)所受到的損害，起到保護(hù)作用。

本實(shí)施例提供的是一種可移動(dòng)的遠(yuǎn)程控制臨場(chǎng)交互機(jī)器人，通過計(jì)算機(jī)的模擬，用戶可以根據(jù)個(gè)人喜好以及社交場(chǎng)合自由選擇投射在機(jī)器人面部的角色形象，包括自由定義角色的膚色，自由選擇角色的五官形狀和分布等。

本實(shí)施例的原理基于投射原理，即使用一款微型LED投射儀4，將電腦模擬生成的角色形象投射在機(jī)器人的頭部面罩上。因此需要計(jì)算微型LED投射儀4的投射距離，以保證圖像可以與面罩形狀所吻合。

本實(shí)施例采用極限學(xué)習(xí)機(jī)（Extreme Learning Machine，ELM）采集使用者的表情數(shù)據(jù)，再將其透過不同的定制形象重現(xiàn)出來，使得本發(fā)明能夠代替使用者外出執(zhí)行不同的社交任務(wù)。

人類面部表情的實(shí)質(zhì)是通過眼睛、眉毛、嘴巴、鼻子等不同區(qū)域

的變化來表現(xiàn)人類的不同情緒形態(tài)。

由于ELM算法具有泛化性能好、學(xué)習(xí)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此，將ELM算法應(yīng)用于實(shí)時(shí)臨場(chǎng)系統(tǒng)當(dāng)中能夠提高系統(tǒng)的表情識(shí)別速度和準(zhǔn)確率。

而人臉識(shí)別的步驟分為以下三個(gè)：預(yù)處理，特征提取和表情分類。而人類的表情基本可以分為七大類別：高興，生氣，恐懼，厭惡，悲傷，驚奇以及中性。

通過ELM算法完成用戶的表情識(shí)別后，再將相應(yīng)的表情信息發(fā)送到臨場(chǎng)機(jī)器人平臺(tái)上，系統(tǒng)將會(huì)通過經(jīng)過通用網(wǎng)格模型生成細(xì)致的動(dòng)畫表情，同時(shí)改變相應(yīng)面部區(qū)域的動(dòng)態(tài)效果以模擬出對(duì)應(yīng)的表情投影到透光面罩上。例如，如果識(shí)別出用戶的表情為高興，則以中性表情為基準(zhǔn)，機(jī)器人角色形象將會(huì)展示出眉毛稍微下彎，下眼皮顯示出鼓起陰影效果，同時(shí)，眼睛的面積縮小，魚尾紋從外眼角向外展開。而在臉的下半部分區(qū)域，將會(huì)模擬出唇角向兩方拉伸并稍微抬高，口部面積增大，從鼻翼延伸出兩道弧形皺紋連接到嘴角，臉頰呈現(xiàn)凸起效果，從而組合出已付高興的表情。

其中，各部分的運(yùn)動(dòng)幅度將會(huì)以使用者的實(shí)際表情為基準(zhǔn)。使得臨場(chǎng)機(jī)器人表現(xiàn)出來的表情能夠和揚(yáng)聲器中傳出的聲音進(jìn)行同步，進(jìn)而獲得更佳的交流效果，算法流程圖如圖6所示。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。