智能導游機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能導游機器人，包括導航定位裝置、語音交互單元、驅動裝置、信息處理系統(tǒng)和蓄電池電源組，所述導航定位裝置、語音交互單元、驅動裝置和蓄電池電源組分別與信息處理系統(tǒng)連接，其導游技術的步驟如下：步驟一，基于WiFi構建室內環(huán)境地圖；步驟二，基于視覺圖片構建導游講解數據庫；步驟三，預定機器人行走路線；步驟四，WiFi信號獲取及機器人定位；步驟五，進行導游講解并與游客語音交流；步驟六，機器人返回起點。該導游機器人，通過機器視覺實現(xiàn)導航，環(huán)境適應能力強；具有導游講解和問題解答功能；利用WiFi結合慣性導航系統(tǒng)進行定位，定位精度高；能夠自主控制完成既定任務，工作狀態(tài)穩(wěn)定，效率高。
【專利說明】智能導游機器人
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用WiFi和機器視覺實現(xiàn)定位導航并自主控制完成既定任務的導游裝置，屬于移動機器人【技術領域】，具體涉及一種復雜室內環(huán)境下的具有自主控制和語音交互功能的智能導游機器人。
【背景技術】
[0002]隨著社會生產力的發(fā)展和生活水平的提高，人們將越來越多的時間用于休閑和娛樂，從而極大的促進了旅游業(yè)的發(fā)展。近年來，游覽博物館、名人故居等文化圣地成為一種時尚，游客數量劇增。
[0003]為了獲得更佳的游覽體驗，通常需要講解員向游客介紹各種物品、遺跡并對相關的歷史故事進行講解。由于游客數量眾多，需分批進入，因此講解員必須完成多次重復的講解工作，浪費了時間和人力，增加了工作成本。同時由于人腦的記憶力有限，講解員有時不能清楚完整的解答游客提出的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于視覺和WiFi的智能導游機器人，具有導航定位和語音交互功能，能夠實現(xiàn)自主控制，在實時行走過程中通過機器視覺識別物品并對其進行講解，同時通過語音交互單元接收并回答游客提出的相關問題。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:一種智能導游機器人，包括導航定位裝置、語音交互單元、驅動裝置、信息處理系統(tǒng)和蓄電池電源組，所述導航定位裝置、語音交互單元、驅動裝置和蓄電池電源組分別與信息處理系統(tǒng)連接；所述導航定位裝置由慣性導航裝置、視覺導航單元和WiFi定位單元組成；所述語音交互單元由話筒和擴音器組成，實現(xiàn)游覽講解以及與人對話交流；所述驅動裝置由行走小車和電機組成；所述信息處理系統(tǒng)，包括慣性導航模塊，圖像識別處理模塊，實時定位與建圖模塊，WiFi定位模塊，語音交互模塊，機器人驅動模塊和信息數據庫；所述蓄電池電源組由鋰離子電池組構成，智能導游機器人工作時的移動電源。
[0006]所述慣性導航裝置包括加速度計和陀螺儀，加速度計用于記錄智能導航機器人的速度變化，陀螺儀用于記錄機器人的運動方向變化；所述視覺導航單元由深度攝像頭構成，負責實時采集周圍環(huán)境三維圖像；所述WiFi定位單元由WiFi信號接收器組成，負責接收周圍環(huán)境中不同路由器的信號強度。
[0007]所述慣性導航模塊與慣性導航裝置連接；所述圖像識別處理模塊和實時定位與建圖模塊均與視覺導航單元連接；所述WiFi定位模塊與WiFi定位單元連接；所述語音交互模塊與語音交互單元連接；所述機器人驅動模塊與驅動裝置連接；所述信息數據庫分別與語音交互模塊、實時定位與建圖模塊及圖像識別處理模塊連接。
[0008]本發(fā)明還提供了一種智能導游機器人的導游技術，其步驟如下:
步驟一，基于WiFi構建室內環(huán)境地圖； 步驟二，基于視覺圖片構建導游講解數據庫；
步驟三，預定機器人行走路線；
步驟四，WiFi信號獲取及機器人定位；
步驟五，進行導游講解并與游客語音交流；
步驟六，機器人返回起點。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:一種智能導游機器人，通過機器視覺實現(xiàn)導航，環(huán)境適應能力強，適用于各種復雜環(huán)境；能夠實現(xiàn)物體識別并通過語音與人交流，具有導游講解和問題解答功能；利用WiFi結合慣性導航系統(tǒng)進行定位，定位精度高，可廣泛用于室內和地下等環(huán)境；具有智能的特點，能夠自主控制完成既定任務，工作狀態(tài)穩(wěn)定，效率高，效果好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0011]附圖1是一種智能導游機器人的工作示意圖。
[0012]附圖2是一種智能導游機器人的系統(tǒng)結構框圖
圖中，1.導航定位裝置，1-1.慣性導航裝置，1-2.視覺導航單元，1-3.WiFi定位單元，
2.語音交互單元，2-1.話筒，2-2.擴音器，3.驅動裝置，3-1.電機，3-2.行走小車，4.信息處理系統(tǒng)，4-1.慣性導航模塊，4-2.圖像識別處理模塊，4-3.實時定位與建圖模塊，4-4.WiFi定位模塊，4-5.語音交互模塊，4-6.機器人驅動模塊，4-7.信息數據庫，5.蓄電池電源組。
【具體實施方式】
[0013]在附圖中，一種智能導游機器人，包括導航定位裝置1、語音交互單元2、驅動裝置
3、信息處理系統(tǒng)4和蓄電池電源組5，所述導航定位裝置1、語音交互單元2、驅動裝置3和蓄電池電源組5分別與信息處理系統(tǒng)4連接；所述導航定位裝置I由慣性導航裝置1-1、視覺導航單元1-2和WiFi定位單元1-3組成；所述語音交互單元2由話筒2-1和擴音器2_2組成，實現(xiàn)游覽講解以及與人對話交流；所述驅動裝置3由行走小車3-2和電機3-1組成；所述信息處理系統(tǒng)4，包括慣性導航模塊4-1，圖像識別處理模塊4-2，實時定位與建圖模塊4-3，WiFi定位模塊4-4，語音交互模塊4-5，機器人驅動模塊4_6和信息數據庫4_7 ;所述蓄電池電源組5由鋰離子電池組構成，智能導游機器人工作時的移動電源。
[0014]所述慣性導航裝置1-1包括加速度計和陀螺儀，加速度計用于記錄智能導航機器人的速度變化，陀螺儀用于記錄機器人的運動方向變化；所述視覺導航單元1-2由深度攝像頭構成，負責實時采集周圍環(huán)境三維圖像；所述WiFi定位單元1-3由WiFi信號接收器組成，負責接收周圍環(huán)境中不同路由器的信號強度。
[0015]所述慣性導航模塊4-1與慣性導航裝置1-1連接；所述圖像識別處理模塊4-2和實時定位與建圖模塊4-3均與視覺導航單元1-2連接；所述WiFi定位模塊4-4與WiFi定位單元1-3連接；所述語音交互模塊4-5與語音交互單元2連接；所述機器人驅動模塊4-6與驅動裝置3連接；所述信息數據庫4-7分別與語音交互模塊4-5、實時定位與建圖模塊4-3及圖像識別處理模塊4-2連接。
[0016]本發(fā)明還提供了一種智能導游機器人的導游技術，其步驟如下: 步驟一，基于WiFi構建室內環(huán)境地圖；
步驟二，基于視覺圖片構建導游講解數據庫；
步驟三，預定機器人行走路線；
步驟四，WiFi信號獲取及機器人定位；
步驟五，進行導游講解并與游客語音交流；
步驟六，機器人返回起點。
[0017]下面結合實施例對本發(fā)明所述的智能導游機器人的導游技術作進一步說明，其具體步驟如下:
步驟一，在智能導游機器人的導游區(qū)域內安裝路由器，平均每10平方米范圍安裝一個，然后驅動機器人以ImX Im的密度對該區(qū)域的WiFi信號強度進行采樣，并建立環(huán)境三維地圖，采樣數據和環(huán)境三維地圖自動存入信息處理系統(tǒng)4中的信息數據庫4-7 ；
步驟二，將該區(qū)域內所有需要講解的物品三維圖片信息，相關語音介紹資料以及部分相關問題及語音解答資料存入信息數據庫4-7 ；
步驟三，預先設定一條導游行走路線，當游客進入智能導游機器人視線范圍時，機器人開始工作；
步驟四，I)工作時首先利用WiFi定位單元1-3獲取WiFi信號強度，傳入WiFi定位模塊4-4，通過KNN算法定位機器人當前位置；
2)在機器人移動過程中，機器人驅動模塊4-6作用于驅動裝置3，蓄電池電源組5對驅動裝置3供電，機器人開始移動并根據WiFi信號強度實時定位；
3)視覺導航單元2獲取周圍環(huán)境的三維圖像信息，傳入實時定位與建圖模塊4-3，同時，結合慣性導航裝置1-1記錄的智能導游機器人的實時移動速度和方向信息通過慣性導航模塊4-1處理，提高機器人的實時定位精度；
步驟五，在完成步驟四的過程中，同時完成環(huán)境三維圖像數據的更新操作以及圖像識別處理模塊10對實時采集的環(huán)境三維圖像中的物體進行匹配識別，當識別出需講解物品時，信息處理系統(tǒng)4通過機器人驅動模塊4-6指示驅動裝置3停止工作；此時，智能導游機器人停止運動，語音交互模塊4-5從信息數據庫4-7中提取與目標物品相關的語音資料信息，通過揚聲器實現(xiàn)導游講解功能；當游客提出問題時，智能導游機器人通過記錄游客問題的語音信息并與信息數據庫4-7中相關問題及相關解答資料進行自動匹配，然后輸出語音解答，實現(xiàn)與游客的對話交流；
步驟六，智能導游機器人沿著指定路線向前移動，到達指定終點后，自動回到起點處。
【權利要求】
1.一種智能導游機器人，其特征是，包括導航定位裝置(I)、語音交互單元(2)、驅動裝置(3)、信息處理系統(tǒng)(4)和蓄電池電源組(5)，所述導航定位裝置(I)、語音交互單元(2)、驅動裝置(3)和蓄電池電源組(5)分別與信息處理系統(tǒng)(4)連接；所述導航定位裝置(I)由慣性導航裝置(1-1)、視覺導航單元(1-2)和WiFi定位單元(1-3)組成；所述語音交互單元(2)由話筒(2-1)和擴音器(2-2)組成，實現(xiàn)游覽講解以及與人對話交流；所述驅動裝置(3)由行走小車(3-2)和電機(3-1)組成；所述信息處理系統(tǒng)(4)，包括慣性導航模塊(4-1)，圖像識別處理模塊(4-2)，實時定位與建圖模塊(4-3)，WiFi定位模塊(4-4)，語音交互模塊(4-5)，機器人驅動模塊(4-6)和信息數據庫(4-7);所述蓄電池電源組(5)由鋰離子電池組構成，作為智能導游機器人工作時的移動電源。
2.根據權利要求1所述一種智能導游機器人，其特征是，所述慣性導航裝置(1-1)包括加速度計和陀螺儀，加速度計用于記錄智能導航機器人的速度變化，陀螺儀用于記錄機器人的運動方向變化；所述視覺導航單元(1-2)由深度攝像頭構成，負責實時采集周圍環(huán)境三維圖像；所述WiFi定位單元(1-3)由WiFi信號接收器組成，負責接收周圍環(huán)境中不同路由器的信號強度。
3.根據權利要求1所述一種智能導游機器人，其特征是，所述慣性導航模塊(4-1)與慣性導航裝置(1-1)連接；所述圖像識別處理模塊(4-2)和實時定位與建圖模塊(4-3)均與視覺導航單元(1-2)連接；所述WiFi定位模塊(4-4)與WiFi定位單元(1_3)連接；所述語音交互模塊(4-5 )與語音交互單元(2 )連接；所述機器人驅動模塊(4-6 )與驅動裝置(3 )連接；所述信息數據庫(4-7)分別與語音交互模塊(4-5)、實時定位與建圖模塊(4-3)及圖像識別處理模塊(4-2)連接。
4.根據權利要求1所述一種智能導游機器人，其特征是，一種智能導游機器人的導游技術，其步驟如下: 步驟一，基于WiFi構建室內環(huán)境地圖； 步驟二，基于視覺圖片構建導游講解數據庫； 步驟三，預定機器人行走路線； 步驟四，WiFi信號獲取及機器人定位； 步驟五，進行導游講解并與游客語音交流； 步驟六，機器人返回起點。
5.根據權利要求1~4任意一項權利要求所述一種智能導游機器人，其特征是，一種智能導游機器人的導游技術，其步驟如下: 步驟一，在智能導游機器人的導游區(qū)域內安裝路由器，平均每10平方米范圍安裝一個，然后驅動機器人以ImX Im的密度對該區(qū)域的WiFi信號強度進行采樣，并建立環(huán)境三維地圖，采樣數據和環(huán)境三維地圖自動存入信息處理系統(tǒng)(4)中的信息數據庫(4-7)； 步驟二，將該區(qū)域內所有需要講解的物品三維圖片信息，相關語音介紹資料以及部分相關問題及語音解答資料存入信息數據庫(4-7)； 步驟三，預先設定一條導游行走路線，當游客進入智能導游機器人視線范圍時，機器人開始工作； 步驟四，I)工作時首先利用WiFi定位單元(1-3)獲取WiFi信號強度，傳入WiFi定位模塊(4-4)，通過KNN算法定位機器人當前位置；在機器人移動過程中，機器人驅動模塊(4-6)作用于驅動裝置(3)，蓄電池電源組(5)對驅動裝置(3)供電，機器人開始移動并根據WiFi信號強度實時定位； 3)視覺導航單元(2)獲取周圍環(huán)境的三維圖像信息，傳入實時定位與建圖模塊(4-3)，同時，結合慣性導航裝置(1-1)記錄的智能導游機器人的實時移動速度和方向信息通過慣性導航模塊(4-1)處理，提高機器人的實時定位精度； 步驟五，在完成步驟四的過程中，同時完成環(huán)境三維圖像數據的更新操作以及圖像識別處理模塊(10)對實時采集的環(huán)境三維圖像中的物體進行匹配識別，當識別出需講解物品時，信息處理系統(tǒng)(4)通過機器人驅動模塊(4-6)指示驅動裝置(3)停止工作；此時，智能導游機器人停止運動，語音交互模塊(4-5)從信息數據庫(4-7)中提取與目標物品相關的語音資料信息，通過揚聲 器實現(xiàn)導游講解功能；當游客提出問題時，智能導游機器人通過記錄游客問題的語音信息并與信息數據庫(4-7)中相關問題及相關解答資料進行自動匹配，然后輸出語音解答，實現(xiàn)與游客的對話交流； 步驟六，智能導游機器人沿著指定路線向前移動，到達指定終點后，自動回到起點處。
【文檔編號】G05D1/02GK103699126SQ201310715227
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2013年12月23日
【發(fā)明者】徐元坤, 楊帥, 劉志豪 申請人:中國礦業(yè)大學