本發(fā)明涉及智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多傳感器融合技術(shù)的智能早教機(jī)器人。

背景技術(shù)：

智能陪護(hù)機(jī)器人隨著老年化和我國新生代的嬰兒潮人運(yùn)應(yīng)而生。隨著家庭教育、父母消費(fèi)的升級，催生了幼教+科技的機(jī)會。機(jī)器人憑借其強(qiáng)大人工智能和多樣交互模式，給幼兒帶來不同于電視、平板的早教體驗(yàn)，勢必在兒童早教市場引領(lǐng)智能化教育新風(fēng)向。在弱人工智能時(shí)期，市場上早教機(jī)器人同質(zhì)性很高，機(jī)器人處于被動狀態(tài)，沒有智能到會主動與孩子交互的程度；功能內(nèi)容堆積在機(jī)器人本體上，大部分早教機(jī)器人都靠語音交互和平板觸控來喚醒，由于幼兒的階段特性所限，這兩個(gè)入口不易探索，難以交互，導(dǎo)致機(jī)器人體驗(yàn)弱化。而有些機(jī)器人產(chǎn)品的互動游戲是通過“屏幕”鎖住孩子注意力，淪入數(shù)碼產(chǎn)品而非機(jī)器人時(shí)代產(chǎn)品。多數(shù)機(jī)器人都簡單作為一個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)一站式性消費(fèi)，而學(xué)前兒童隨著年齡和探索的成長需求，帶來的市場細(xì)分和用戶生命周期過短，在所有機(jī)器人完全缺乏自主大腦和思維下，很難實(shí)現(xiàn)與兒童生命周期同步成長自學(xué)的過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多傳感器融合技術(shù)的智能早教機(jī)器人，其適用于早教應(yīng)用，功能多樣，具備主動與兒童進(jìn)行交互的功能和成長性，提高了早教機(jī)器人的智能化程度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于多傳感器融合技術(shù)的智能早教機(jī)器人，包括點(diǎn)讀機(jī)器人以及與點(diǎn)讀機(jī)器人配合使用的手持點(diǎn)讀筆、骰子、地墊、卡片組、用戶端和云平臺；所述卡片組含若干張卡片，卡片上具有供手持點(diǎn)讀筆讀取的含早教內(nèi)容的圖文信息，地墊用于承載點(diǎn)讀機(jī)器人并供其行走，地墊還用于供骰子隨機(jī)運(yùn)動以獲取骰子運(yùn)動數(shù)據(jù)；

所述點(diǎn)讀機(jī)器人包括第一主控制器及分別與第一主控制器連接的人機(jī)接口單元、語音單元、電機(jī)驅(qū)動單元和第一數(shù)據(jù)存儲單元；其中人機(jī)接口單元包括一按鍵輸入單元、一藍(lán)牙接口單元、一WIFI收發(fā)單元、一 LCD 顯示屏、一指示燈和一燈光效果模塊，所述按鍵輸入單元用于鍵入執(zhí)行指令；藍(lán)牙接口單元用于與用戶端進(jìn)行交互，以接收用戶端的執(zhí)行指令；WIFI收發(fā)模塊用于與云平臺進(jìn)行信息交互，云平臺根據(jù)點(diǎn)讀機(jī)器人的請求將含早教內(nèi)容的數(shù)據(jù)包通過WIFI收發(fā)模塊發(fā)送至點(diǎn)讀機(jī)器人的第一數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行存儲，LCD顯示屏用于顯示第一主控制器從第一數(shù)據(jù)存儲單元調(diào)取的數(shù)據(jù)內(nèi)容；所述指示燈和燈光效果模塊用于指示點(diǎn)讀機(jī)器人 1 的各種工作狀態(tài)；

所述手持點(diǎn)讀筆和骰子分別通過媒介與所述人機(jī)接口單元進(jìn)行信息交互，以將各自的執(zhí)行指令和運(yùn)動數(shù)據(jù)發(fā)送到第一主控制器，其中手持點(diǎn)讀筆的執(zhí)行指令含其讀取卡片的圖文信息，骰子的運(yùn)動數(shù)據(jù)為其地墊上隨機(jī)運(yùn)動生成的數(shù)據(jù)，第一主控制器依序?qū)碜园存I輸入單元、用戶端及手持點(diǎn)讀筆的執(zhí)行指令進(jìn)行處理；第一主控制器依據(jù)手持點(diǎn)讀筆的執(zhí)行指令從第一數(shù)據(jù)存儲單元調(diào)取與卡片的圖文信息相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容于LCD顯示屏進(jìn)行顯示、依據(jù)按鍵輸入單元的執(zhí)行指令與LCD顯示屏顯示鍵入內(nèi)容、依據(jù)用戶端的執(zhí)行指令從第一數(shù)據(jù)存儲單元調(diào)取請求的數(shù)據(jù)內(nèi)容于LCD顯示屏進(jìn)行顯示；

所述語音單元用于語音識別，將其采集到的語音信號傳輸至所述第一主控制器，并由第一主控制器寫入第一數(shù)據(jù)存儲單元作為臨時(shí)文件進(jìn)行存儲，所述語音單元還用于語音輸出，第一主控制器依據(jù)用戶端和手持點(diǎn)讀筆的執(zhí)行指令從第一數(shù)據(jù)存儲單元調(diào)取含語言信息的數(shù)據(jù)內(nèi)容發(fā)送給語音單元進(jìn)行處理和播放；所述電機(jī)驅(qū)動單元由所述第一主控制器控制，第一主控制器內(nèi)置尋跡算法，其調(diào)用內(nèi)置尋跡算法對運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行處理生成行走線路，并依據(jù)行走線路向電機(jī)驅(qū)動單元發(fā)送驅(qū)動指令，電機(jī)驅(qū)動單元用于根據(jù)該驅(qū)動指令控制電機(jī)運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)讀機(jī)器人行走動作控制。

所述點(diǎn)讀機(jī)器人還包括與第一主控制器連接的電源管理單元，所述電源管理單元包括分別于第一主控制器連接的電池電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度采集模塊、電源數(shù)據(jù)顯示單元和電源指示燈，電池電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊將采集到的電池組數(shù)據(jù)發(fā)送至第一主控制器，第一主控制器將數(shù)據(jù)處理后發(fā)送至電源數(shù)據(jù)顯示單元，并控制電源指示燈的開關(guān)。

手持點(diǎn)讀筆包括第二主控制器以及分別與第二主控制器連接的第二數(shù)據(jù)存儲單元、第二通信單元、點(diǎn)讀筆頭和電池；所述點(diǎn)讀筆頭用于讀取卡片的圖文信息，并將其讀取的圖文信息發(fā)送至第二控制單元進(jìn)行識別，其采用的是光電傳感器，第一數(shù)據(jù)存儲單元和第二數(shù)據(jù)存儲單元均存儲了包含所有卡片圖文信息的數(shù)據(jù)內(nèi)容，第二控制單元進(jìn)行識別時(shí)，從第二數(shù)據(jù)存儲單元調(diào)取數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行匹配，若匹配成功，第二控制單元生成含圖文信息的執(zhí)行指令，并由第二通信單元將該指令發(fā)送至點(diǎn)讀機(jī)器人的人機(jī)接口單元；所述電池為手持點(diǎn)讀筆的其他各單元、第二主控制器及點(diǎn)讀筆頭供電。

所述點(diǎn)讀筆頭含一光電傳感器。

所述骰子包括第三主控制器以及分別于第三主控制器連接的第三通信單元、重力感應(yīng)單元和電池，重力感應(yīng)單元用于骰子運(yùn)動時(shí)采集運(yùn)動數(shù)據(jù)，并將運(yùn)動數(shù)據(jù)發(fā)送至第三主控制器，第三主控制器可控制第三通信單元42將運(yùn)動數(shù)據(jù)發(fā)送至點(diǎn)讀機(jī)器人，點(diǎn)讀機(jī)器人還包括第一通信單元，第一通信單元接收來自第三通信單元的運(yùn)動數(shù)據(jù)并將運(yùn)動數(shù)據(jù)發(fā)送至第一主控制器；電池為骰子的其他單元和第三主控制器供電。

所述第一通信單元、第二通信單元及第三通信單元均采用2.4G無線收發(fā)模塊。

電機(jī)驅(qū)動單元包括依次與第一主控制器連接的電機(jī)驅(qū)動器、驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動輪以及與第一主控制器連接的編碼盤；電機(jī)驅(qū)動器用于根據(jù)第一主控制器的驅(qū)動指令控制驅(qū)動電機(jī)工作，所述編碼盤安裝在驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動軸上并與驅(qū)動電機(jī)同步轉(zhuǎn)動，編碼盤用于將驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動輪的運(yùn)轉(zhuǎn)信息反饋至第一主控制器。

所述第一主控制器 采用ARM核心板集成 msm8916 處理器。

所述點(diǎn)讀機(jī)器人還包括與第一主控制器連接的充電器。

采用上述方案后，本發(fā)明有益效果在于：

1、本發(fā)明利用早教內(nèi)容云平臺將各種教育資源更新至點(diǎn)讀機(jī)器人內(nèi)，因此，實(shí)現(xiàn)了早教內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新和推送，適用于小孩早教應(yīng)用，且智能化程度較高。

2、本發(fā)明的用戶端中點(diǎn)讀機(jī)器人的主控制器由于采用ARM核心板集成 msm8916 處理器?？梢詫Ω鞣N傳感器采集到的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，并根據(jù)用戶定制的服務(wù)要求作出實(shí)時(shí)處理。因此，進(jìn)一步提高了智能化水平。

3、本發(fā)明由于在電源管理單元內(nèi)采用多種傳感器對點(diǎn)讀機(jī)器人所處環(huán)境、位置進(jìn)行檢測，因此，實(shí)現(xiàn)了自主行走、智能避障。

4、本發(fā)明由于采用了模塊化設(shè)計(jì)，因此，用戶可以定制最適合自己需要的用戶端的軟件和硬件，實(shí)用性較好。

5、本發(fā)明由于采用了光電感應(yīng)技術(shù)，用手持點(diǎn)讀筆點(diǎn)擊繪本圖片，LCD屏幕上可直接讀取兒童教育資源；放置卡片在機(jī)器人底部，即可獲取到多媒體試聽資源；智能骰子配合尋跡算法，機(jī)器人可在游戲地墊上行走，與兒童進(jìn)行游戲；為兒童提供了更友好的探索機(jī)器人功能的內(nèi)容，提升了機(jī)器人的互動性和可玩性

本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用幼教情境的機(jī)器人中。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖 1 是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖 ；

圖 2 是本發(fā)明的點(diǎn)讀機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖 ；

圖 3 是本發(fā)明的人機(jī)接口單元結(jié)構(gòu)示意圖 ；

圖 4 是本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)示意圖 ；

圖 5 是本發(fā)明的電源管理單元結(jié)構(gòu)示意圖 ；

圖 6 是本發(fā)明的手持點(diǎn)讀筆結(jié)構(gòu)示意圖 ；

圖 7 是本發(fā)明的骰子結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例一揭示的一種基于多傳感器融合技術(shù)的智能早教機(jī)器人，包括點(diǎn)讀機(jī)器人1以及與點(diǎn)讀機(jī)器人配合使用的手持點(diǎn)讀筆2、骰子4、地墊6、卡片組7、用戶端3和云平臺8；所述卡片組7含若干張卡片，卡片上具有供手持點(diǎn)讀筆讀取的含早教內(nèi)容的圖文信息，地墊6用于承載點(diǎn)讀機(jī)器人并供其行走，地墊6還用于供骰子4隨機(jī)運(yùn)動以獲取骰子運(yùn)動數(shù)據(jù)；用戶端3可以是手機(jī)等移動終端，也可以是PC端。

如圖2所示，上述點(diǎn)讀機(jī)器人1包括第一主控制器12及分別與第一主控制器12連接的人機(jī)接口單元11、語音單元13、電機(jī)驅(qū)動單元14和第一數(shù)據(jù)存儲單元15，本實(shí)施例的第一主控制器12采用ARM核心板集成 msm8916 處理器；如圖3所示，其中人機(jī)接口單元11包括一按鍵輸入單元111、一藍(lán)牙接口單元112、一WIFI收發(fā)單元113、一 LCD 顯示屏114、一指示燈115和一燈光效果模塊116，所述按鍵輸入單元111用于鍵入執(zhí)行指令；藍(lán)牙接口單元112用于與用戶端3進(jìn)行交互，以接收用戶端的執(zhí)行指令；WIFI收發(fā)模塊113用于與云平臺8進(jìn)行信息交互，云平臺8根據(jù)點(diǎn)讀機(jī)器人1的請求將含早教內(nèi)容的數(shù)據(jù)包通過WIFI收發(fā)模塊113發(fā)送至點(diǎn)讀機(jī)器人的第一數(shù)據(jù)存儲單元15進(jìn)行存儲，LCD顯示屏114用于顯示第一主控制器12從第一數(shù)據(jù)存儲單元15調(diào)取的數(shù)據(jù)內(nèi)容，數(shù)據(jù)內(nèi)容例如：教小孩學(xué)英語時(shí)，顯示單詞、音標(biāo)等；所述指示燈和燈光效果模塊用于指示點(diǎn)讀機(jī)器人 1 的各種工作狀態(tài)；按鍵輸入單元111是進(jìn)行人機(jī)交互的最直接方式，可以通過觸摸按鍵輸入指令、設(shè)定參數(shù) ；藍(lán)牙接口單元112是通過手機(jī)藍(lán)牙等用戶端對點(diǎn)讀機(jī)器人1進(jìn)行遙控，讓其完成相應(yīng)的功能；

手持點(diǎn)讀筆2和骰子4分別通過媒介與所述人機(jī)接口單元11進(jìn)行信息交互，以將各自的執(zhí)行指令發(fā)送到第一主控制器12，其中手持點(diǎn)讀筆2的執(zhí)行指令含其讀取卡片的圖文信息，骰子4的運(yùn)動數(shù)據(jù)為其地墊6上隨機(jī)運(yùn)動生成的數(shù)據(jù)，第一主控制器12依序?qū)碜园存I輸入單元111、用戶端3及手持點(diǎn)讀筆2的執(zhí)行指令進(jìn)行處理；第一主控制器12依據(jù)手持點(diǎn)讀筆2的執(zhí)行指令從第一數(shù)據(jù)存儲單元15調(diào)取與卡片的圖文信息相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容于LCD顯示屏114進(jìn)行顯示、依據(jù)按鍵輸入單元111的執(zhí)行指令與LCD顯示屏114顯示鍵入內(nèi)容、依據(jù)用戶端3的執(zhí)行指令從第一數(shù)據(jù)存儲單元15調(diào)取請求的數(shù)據(jù)內(nèi)容于LCD顯示屏114進(jìn)行顯示；

上述語音單元13用于語音識別，將其采集到的語音信號傳輸至所述第一主控制器12，并由第一主控制器12寫入第一數(shù)據(jù)存儲單元15作為臨時(shí)文件進(jìn)行存儲，所述語音單元13還用于語音輸出，第一主控制器12依據(jù)用戶端3和手持點(diǎn)讀筆2的執(zhí)行指令從第一數(shù)據(jù)存儲單元15調(diào)取含語言信息的數(shù)據(jù)內(nèi)容發(fā)送給語音單元13進(jìn)行處理和播放；電機(jī)驅(qū)動單元14由所述第一主控制器12控制，第一主控制器12內(nèi)置尋跡算法，其調(diào)用內(nèi)置尋跡算法對運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行處理生成行走線路，并依據(jù)行走線路向電機(jī)驅(qū)動單元發(fā)送驅(qū)動指令，電機(jī)驅(qū)動單元14用于根據(jù)該驅(qū)動指令控制電機(jī)運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)讀機(jī)器人行走動作控制。

如圖5所示，本實(shí)施例的點(diǎn)讀機(jī)器人1還包括與第一主控制器12連接的電源管理單元16，電源管理單元16包括分別于第一主控制器12連接的電池電壓采集模塊161、電流采集模塊162、溫度采集模塊163、電源數(shù)據(jù)顯示單元164和電源指示燈165，電池電壓采集模塊161、電流采集模塊162和溫度采集模塊163將采集到的電池組數(shù)據(jù)發(fā)送至第一主控制器12，第一主控制器將數(shù)據(jù)處理后發(fā)送至電源數(shù)據(jù)顯示單元164，并控制電源指示燈165的開關(guān)。

如圖6所示，上述的手持點(diǎn)讀筆2包括第二主控制器21以及分別與第二主控制器連接的第二數(shù)據(jù)存儲單元22、第二通信單元23、點(diǎn)讀筆頭24和電池25；所述點(diǎn)讀筆頭24用于讀取卡片的圖文信息，并將其讀取的圖文信息發(fā)送至第二控制單元進(jìn)行識別，其采用的是光電傳感器，第一數(shù)據(jù)存儲單元15和第二數(shù)據(jù)存儲單元22均存儲了包含所有卡片圖文信息的數(shù)據(jù)內(nèi)容，第二控制單元21進(jìn)行識別時(shí)，從第二數(shù)據(jù)存儲單元22調(diào)取數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行匹配，若匹配成功，第二控制單元21生成含圖文信息的執(zhí)行指令，并由第二通信單元23將該指令發(fā)送至點(diǎn)讀機(jī)器人的人機(jī)接口單元；所述電池25為手持點(diǎn)讀筆的其他各單元、第二主控制器及點(diǎn)讀筆頭24供電。

如圖7所示，骰子4包括第三主控制器41以及分別于第三主控制器41連接的第三通信單元42、重力感應(yīng)單元43和電池44，重力感應(yīng)單元43用于骰子4運(yùn)動時(shí)采集運(yùn)動數(shù)據(jù)，并將運(yùn)動數(shù)據(jù)發(fā)送至第三主控制器41，第三主控制器41可控制第三通信單元42將運(yùn)動數(shù)據(jù)發(fā)送至點(diǎn)讀機(jī)器人1，點(diǎn)讀機(jī)器人1還包括第一通信單元17，第一通信單元17接收來自第三通信單元42的運(yùn)動數(shù)據(jù)并將運(yùn)動數(shù)據(jù)發(fā)送至第一主控制器12；電池44為骰子的其他單元和第三主控制器41供電。

上述的第一通信單元17、第二通信單元23及第三通信單元42均采用2.4G無線收發(fā)模塊。

如圖4所示，上述電機(jī)驅(qū)動單元14包括依次與第一主控制器12連接的電機(jī)驅(qū)動器141、驅(qū)動電機(jī)142和驅(qū)動輪143以及與第一主控制器12連接的編碼盤144；第一主控制器12向電機(jī)驅(qū)動器發(fā)出驅(qū)動指令，電機(jī)驅(qū)動器141根據(jù)驅(qū)動指令內(nèi)容控制驅(qū)動電機(jī)142工作；編碼盤144安裝在驅(qū)動電機(jī)143驅(qū)動軸上并與驅(qū)動電機(jī)143同步轉(zhuǎn)動，編碼盤144用于將驅(qū)動電機(jī)143的驅(qū)動輪的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況反饋至第一主控制器12，第一主控制器12再根據(jù)反饋信息調(diào)整，對電機(jī)驅(qū)動器141進(jìn)行循環(huán)控制。

為了便于充電，所述點(diǎn)讀機(jī)器人2還包括與第一主控制器12連接的充電器5。

以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并非對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定。凡依本案的設(shè)計(jì)思路所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。