專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(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(guó)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(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)和服務(wù)水平，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)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(duì)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(shí)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(guò)各種傳感器感知內(nèi)外部信息，經(jīng)過(guò)“大腦”的信息處理對(duì)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(cè)、天氣播報(bào)、氣象知識(shí)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(wú)相關(guān)具體的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(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(tái)，二者通過(guò)無(wú)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(yǔ)音模塊、視頻模塊、通訊模塊，該機(jī)器人載體通過(guò)控制模塊與遠(yuǎn)程交互平臺(tái)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(yǔ)音模塊通訊連接，所述內(nèi)嵌式工控機(jī)用于對(duì)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(duì)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(chǔ)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。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明公開(kāi)的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，將傳感器技術(shù)、無(wú)線遙控技術(shù)、模式識(shí)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(shí)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(guò)觸摸或語(yǔ)音方式控制機(jī)器人載體的運(yùn)動(dòng)并詢問(wèn)氣象信息及知識(shí)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話；機(jī)器人載體可以識(shí)別人臉特征，并能夠在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(tái)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(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)控制。本發(fā)明的氣象科普機(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。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)器人載體模塊構(gòu)成圖。圖2為本發(fā)明的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)器人載體結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)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(wú)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(yǔ)音輸入裝置、N13視頻輸入裝置。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖廣圖2，本發(fā)明的一種氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺(tái)，二者通過(guò)無(wú)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(yǔ)音模塊、視頻模塊、通訊模塊，該機(jī)器人載體通過(guò)控制模塊與遠(yuǎn)程交互平臺(tái)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(yǔ)音模塊通訊連接，所述內(nèi)嵌式工控機(jī)用于對(duì)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(duì)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(chǔ)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(yǔ)音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無(wú)線鍵鼠輸入裝置、急停開(kāi)關(guān)，所述觸摸屏、顯示器、語(yǔ)音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無(wú)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(yǔ)音輸入輸出裝置包括麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，用于輸入語(yǔ)音和播報(bào)信息；所述無(wú)線鍵鼠輸入裝置用于手動(dòng)輸入信息，所述急停開(kāi)關(guān)用于對(duì)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(hào)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)，編碼器的信號(hào)通過(guò)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(hào)為所述直流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的反饋信號(hào)，所述齒輪箱通過(guò)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MV，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(tái)包括觸摸屏、顯示器、計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備、電源設(shè)備、無(wú)線鍵鼠輸入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口及無(wú)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(tái)，通過(guò)無(wú)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(yǔ)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(tái)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(yǔ)音模塊等通訊連接。所述內(nèi)嵌式工控
4機(jī)，用于對(duì)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(duì)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(chǔ)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(yǔ)音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無(wú)線鍵鼠輸入裝置、急停開(kāi)關(guān)；所述觸摸屏、顯示器、語(yǔ)音輸入輸出裝置、無(wú)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(yǔ)音輸入輸出裝置包括麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，用于輸入語(yǔ)音和播報(bào)信息。所述無(wú)線鍵鼠輸入裝置用于手動(dòng)輸入信息。所述急停開(kāi)關(guān)用于對(duì)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(guò)所述運(yùn)動(dòng)控制卡的處理后的信號(hào)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)。所述編碼器的信號(hào)通過(guò)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(hào)。所述齒輪箱通過(guò)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(cè)定機(jī)器人周?chē)系K物的距離。所述PSD紅外傳感器用于目標(biāo)距離測(cè)量和位置測(cè)量。 所述溫度傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人載體周?chē)h(huán)境的溫度。所述濕度傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人載體周?chē)h(huán)境的濕度。所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器用于測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)記錄機(jī)器人載體周?chē)h(huán)境太陽(yáng)輻射參數(shù)。所述機(jī)器人載體，其中所述語(yǔ)音模塊，用于處理與語(yǔ)音有關(guān)的事物，如語(yǔ)音識(shí)別，語(yǔ)音查詢，語(yǔ)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(shí)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(tái)的基于無(wú)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(tái)包括硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)。所述遠(yuǎn)程交互平臺(tái)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(wú)線鍵鼠輸入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口。所述遠(yuǎn)程交互平臺(tái)的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)知識(shí)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(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述
本發(fā)明的氣象科普機(jī)器人系統(tǒng)主要包括機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺(tái)；機(jī)器人載體通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程交互平臺(tái)一起工作。在機(jī)器人載體上，可以通過(guò)觸摸屏手工輸入或語(yǔ)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(guò)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(tái)的通訊測(cè)試與連接控制，錯(cuò)誤報(bào)警等。而通過(guò)語(yǔ)音模塊，用戶可以語(yǔ)音方式實(shí)現(xiàn)以上所有功能，并且語(yǔ)音查詢知識(shí)儲(chǔ)備中的各類(lèi)氣象知識(shí)、生活常識(shí)，與機(jī)器人載體進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。機(jī)器人載體可以通過(guò)其“眼睛”(視頻輸入裝置)捕捉人臉圖像并通過(guò)視頻模塊的處理和特征提取，進(jìn)行人臉識(shí)別。機(jī)器人載體和遠(yuǎn)程交互平臺(tái)通信成功后，用戶可以通過(guò)遠(yuǎn)程交互平臺(tái)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(guò)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(tái)顯示。此外，用戶在遠(yuǎn)程交互平臺(tái)上可以觸摸查詢氣象常識(shí)，知識(shí)庫(kù)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(shí)別和語(yǔ)音互動(dòng)功能，還可以和遠(yuǎn)程交互平臺(tái)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。本發(fā)明系統(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(yǔ)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(pán)、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(duì)傳感信息，視頻和語(yǔ)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(yǔ)音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無(wú)線鍵鼠輸入裝置、急停開(kāi)關(guān)，其中觸摸屏、無(wú)線鍵鼠輸入裝置通過(guò)USB接口與控制模塊的內(nèi)嵌式工控機(jī)連接，顯示器和語(yǔ)音輸入輸出裝置則直接通過(guò)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(lái)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(yǔ)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(yǔ)音信號(hào)輸入；無(wú)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(guò)急停開(kāi)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(chē)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(hào)通過(guò)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(hào)。調(diào)節(jié)PWM信號(hào)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(hào)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的方向及使能信號(hào)。編碼器的信號(hào)通過(guò)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(hào)。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(wú)電連接。機(jī)器人載體的轉(zhuǎn)彎主要是通過(guò)兩個(gè)電機(jī)的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)來(lái)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(chē)的頂層，即機(jī)器人載體的中下部，作為兩種測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣溫、相對(duì)濕度、氣壓、太陽(yáng)輻射等氣象要素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。設(shè)置專(zhuān)用芯片及外圍電路能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、處理、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)RS232串口與工控機(jī)通訊連接。對(duì)于模擬信號(hào)，將該信號(hào)接入專(zhuān)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(cè)量對(duì)象的測(cè)量值；對(duì)于數(shù)字信號(hào)，經(jīng)串口輸入，根據(jù)該信號(hào)的輸入格式，直接分析測(cè)量對(duì)象的測(cè)量值。所述語(yǔ)音模塊對(duì)輸入語(yǔ)音信息進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，并通過(guò)語(yǔ)音合成將語(yǔ)音庫(kù)中匹配的文字信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成連續(xù)的語(yǔ)音，通過(guò)語(yǔ)音輸出裝置輸出。語(yǔ)音模塊主要組件包括語(yǔ)音合成運(yùn)行庫(kù)，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(yǔ)音合成開(kāi)發(fā)包，包含開(kāi)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(yǔ)音模塊可以對(duì)知識(shí)問(wèn)答，日常對(duì)話，語(yǔ)音控制等語(yǔ)音信息進(jìn)行處理并做相應(yīng)語(yǔ)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(shí)別。其特征在于，非接觸地采集和提取人臉的某些特征，通過(guò)這些特征進(jìn)行比對(duì)，識(shí)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(duì)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(tái)的無(wú)線通訊。該模塊使用USB 無(wú)線網(wǎng)卡連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與相互遠(yuǎn)程交互平臺(tái)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(tái)，該平臺(tái)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(shí)，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(guò)無(wú)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(duì)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。本發(fā)明的機(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24V，20AH的鋰電池，可在充滿電后運(yùn)行2小時(shí)以上。本發(fā)明的機(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(zhuān)用芯片和外圍電路N8安裝在機(jī)器人載體主箱體頂部，對(duì)氣象傳感器采集信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、處理、存儲(chǔ)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(lái)測(cè)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(zhuān)用芯片連接；機(jī)器人載體手臂處還需安裝語(yǔ)音輸入裝置附2，用以輸入語(yǔ)音信息，并且保證語(yǔ)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(wú)線通訊模塊N7的無(wú)線網(wǎng)卡安裝在身部顯示器后面，通過(guò)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(tái)的通訊；另外，機(jī)器人載體背部位置安裝急停開(kāi)關(guān)，防止機(jī)器人載體失控傷人；遠(yuǎn)程交互平臺(tái)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(yǔ)音輸入裝置等是可視的，而主箱體部分是不可視的。 本發(fā)明的機(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(kāi)放式硬件/軟件架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)方式， 支持無(wú)線遠(yuǎn)程控制與信息傳輸，可自主運(yùn)動(dòng)和避障、人臉識(shí)別、人機(jī)對(duì)話(包括語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)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(tái)除可以與機(jī)器人載體信息交流，還有知識(shí)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(shí)、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(shí)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(tái)，二者通過(guò)無(wú)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(yǔ)音模塊、視頻模塊、通訊模塊，該機(jī)器人載體通過(guò)控制模塊與遠(yuǎn)程交互平臺(tái)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(yǔ)音模塊通訊連接，所述內(nèi)嵌式工控機(jī)用于對(duì)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(duì)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(chǔ)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(yǔ)音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無(wú)線鍵鼠輸入裝置、急停開(kāi)關(guān)，所述觸摸屏、顯示器、語(yǔ)音輸入輸出裝置、視頻輸入裝置、無(wú)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(yǔ)音輸入輸出裝置包括麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，用于輸入語(yǔ)音和播報(bào)信息；所述無(wú)線鍵鼠輸入裝置用于手動(dòng)輸入信息，所述急停開(kāi)關(guān)用于對(duì)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(hào)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)，編碼器的信號(hào)通過(guò)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(hào)為所述直流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的反饋信號(hào)，所述齒輪箱通過(guò)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MV。
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(tái)包括觸摸屏、顯示器、計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備、電源設(shè)備、無(wú)線鍵鼠輸入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口及無(wú)線通訊模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)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(tái)。其中，機(jī)器人載體采用開(kāi)放式硬件/軟件架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)方式，支持無(wú)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(shí)別、人機(jī)對(duì)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(guò)語(yǔ)音模塊處理后進(jìn)行播報(bào)；同時(shí)，遠(yuǎn)程交互平臺(tái)除可以與機(jī)器人載體信息交流，還有知識(shí)庫(kù)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(lèi)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(hào)G09B9/00GK102306234SQ20111018022
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者葉小嶺, 張穎超, 張齊東, 胡凱, 陳旭 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)