向導機器人制造技術

本實用新型專利技術公開了一種向導機器人，包括機器人本體及設置在機器人本體內部的信息采集、處理與控制系統；機器人本體的執行機構為底盤及均勻對稱安裝在底盤上的四個全向輪；信息采集、處理與控制系統由信息處理與決策系統及分別與其相接的地圖信息獲取及存儲系統、圖像采集系統、傳感系統、語音處理系統和運動控制系統組成；語音處理系統由語音提示裝置和語音信號拾取、處理及識別裝置組成，語音提示裝置和運動控制系統均由信息處理與決策系統控制，執行機構由運動控制系統控制且向運動控制系統反饋運行狀態信息。本實用新型專利技術結構合理、移動性強且具有主動帶領和避障能力，能在語音識別特定人的指令后主動帶領人員按設定地圖前往目的地。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種移動機器人，尤其是涉及一種能夠識別語音命令并 根據地圖為特定人帶路的向導機器人。
技術介紹
在大型會展中心或樓宇等公共場所所開展的公共活動中，需要大量的地 理位置提示信息和向導服務人員，尤其對于老人、兒童和視障人士等，更需 要一個自動帶領特定人前往特定地點的裝置，因而，目前向導機器人已經成 為國內外研究的一個熱點。國外，韓國研制的向導機器人MetRobot可以通過由3個關節組成的胳膊 進行指引方向、握手和打招呼等簡單的動作，并且，其在胸部設置了一個12 英寸的液晶觸摸屏，通過該觸摸屏巿民可以確認路線圖和車票等各種地鐵使 用信息，也可以得到關于轉車方向和出口等問題的解答。曰本NAVIR0B0機器 人象一個小熊玩具，拿在手中可以指示正確方向。國內北航機器人研制中心 研制的福娃機器人，可放在奧運場館的固定位置為觀眾做臨時向導，實 現簡單對話。2008年4月9曰公開的專利技術專利CN101158584中披露了一種車載GPS的 語音目的地導航實現方法，具體是涉及一種語音識別導航方法，其通過在原 有導航系統中增加一個地名轉換系統和語音識別模塊，實現了在行車過程中 只需通過駕駛員發出語音指令即可使導航系統自動向目的地導航的目的。該 專利中的導航是使用GPS和語音提示的方法告知駕駛員，但不足之處是GPS 信號受地形影響較大，尤其是有高大障礙物或電磁環境復雜地區等地方，尤 其是室內環境根本無法投入實用。2008年06月11日公開的專利技術專利 CN101196400中披露了一種語音導航方法、語音導航系統及便攜語音導航器，其中涉及一種語音提示導航方法，具體是首先，便攜語音導航器將當前位置信息和語音目的地信息發往導航中心；隨后，導航中心根據收到的當前 位置信息和語音目的地信息生成導航路徑，并將導航路徑發往便攜語音導航器；最后，便攜語音導航器根據收到的導航路徑生成語音導航指示。也就是說，其釆用中心-終端方式，結構復雜且無語音識別，終端接受GPS和中心信息，基本是一個接收器。綜上，目前向導機器人移動性差，主要研究方向位聽懂人的語言并回答 提問，因此，需要一種既能聽懂人的目的地指令，又可以主動帶領特定人前 往目的地，不停給出提示信息的向導機器人。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提 供一種向導機器人，其結構合理、移動性強且具有主動帶領和避障能力， 能在語音識別特定人的指令后主動帶領人員按設定地圖前往目的地。為解決上述技術問題，本技術釆用的技術方案是 一種向導機器人， 其特征在于包括機器人本體以及設置在機器人本體內部的信息釆集、處 理與控制系統；位于所述機器人本體底部的執行機構為底盤以及均勻對稱 安裝在底盤上的四個全向輪，所述四個全向輪均由安裝在各自輪軸上的驅 動電機進行驅動；所述信息釆集、處理與控制系統由信息處理與決策系統 以及分別與信息處理與決策系統相接的地圖信息獲取及存儲系統、圖像釆 集系統、傳感系統、語音處理系統和運動控制系統組成；所述語音處理系 統由語音提示裝置和語音信號拾取、處理及識別裝置組成，所述語音信號 拾取、處理及識別裝置接信息處理與決策系統，所述語音提示裝置和運動 控制系統均由信息處理與決策系統進行控制，執行機構由運動控制系統進 行控制且同時向運動控制系統反饋運行狀態信息。所述機器人本體形狀為圓柱體或正多邊形柱體，所述正多邊形柱體的 正多邊形邊數不小于8。所述機器人本體從上至下由頂箱、中箱和底箱三部分組成，圖像釆集 系統和傳感系統安裝在所述頂箱內，信息處理與決策系統、語音處理系統和運動控制系統均安裝在所述中箱內，所述執行機構及底盤安裝在所述底箱內。所述頂箱、中箱和底箱之間分別以上隔板和下隔板為界；所述中箱以 中隔板為界分為上下兩部分，所述上隔板、中隔板和下隔板均為圓形或正多邊形，所述正多邊形邊數不小于8;所述上隔板和中隔板之間通過多個 均勻布設在外邊緣圓周上的上支柱進行支撐固定，所述中隔板和下隔板之 間通過多個均勻布設在外邊緣圓周上的下支柱進行支撐固定。所述信息處理與決策系統由信息決策與控制模塊、與圖像釆集系統相 接的圖像處理模塊以及分別與圖像處理模塊相接的識別障礙及轉彎處理 模塊和機器人本體定位模塊組成，所述識別障礙及轉彎處理模塊和機器人 本體定位模塊均接信息決策與控制模塊，所述機器人本體定位模塊與傳感 系統相接，所述識別障礙及轉彎處理模塊接語音提示裝置，所述語音信號 拾取、處理及識別裝置接信息決策與控制模塊；所述地圖信息獲取及存儲 系統分別接圖像處理模塊、識別障礙及轉彎處理模塊和信息決策與控制模 塊。所述傳感系統由紅外傳感器、超聲傳感器以及對所述機器人本體移動 的加速度大小和移動方向進行檢測的微型慣表組成。所述運動控制系統包括對執行機構進行控制的執行機構控制器、分別 由信息處理與決策系統進行控制的基本行為控制模塊和逃避行為控制模塊。所述圖像釆集系統為帶1394接口的視頻釆集模塊。所述驅動電機上安裝有碼盤，所述碼盤與運動控制系統相接，所述運 動控制系統與驅動電機間接有驅動器。所述語音信號拾取、處理及識別裝置由語音拾取和處理模塊和語音識 別模塊組成；所述語音拾取和處理模塊為麥克風；所述語音識別模塊為依 次相接的麥克風前置放大電路、帶通防混疊濾波電路、增益調整電路、音 頻A/D轉換電路和控制電路組成。本技術與現有技術相比具有以下優點，1、結構合理、功能可靠 且完善，其針對目前現有的向導機器人產品移動性差且不具有主動帶領和 避障能力等缺陷，提出一種能全方位自主移動向導機器人，在語音識別特 定人的指令后主動帶領人員按照設定地圖前往目的地，途中還能積極進行 語音提示和避障；2、機器人本體的機械外型采用圓柱體或正多邊形柱體 設計，并基于全向輪四輪結構的全方位移動底盤設計，保證了機器人的移動性、穩定性和防撞性能；3、運動控制系統設計滿足執行機構即四個驅 動電機的驅動和精確輪速控制，因而準確執行各種移動指令；4、信息處 理與決策系統為一臺嵌入式計算機完成，其通過RS232接口向運動控制系 統傳遞信息，通過1394接口獲取圖像釆集系統的圖象信息，另外，傳感 系統的傳感信息和語音處理系統的語音信息均由USB接口獲取；5、圖象 釆集系統和傳感系統感知外界各種圖象、距離、加速度等信息，其中，圖 象信息識別后與所預先設定的地圖比對后得到機器人本體的位置信息、圖 象、距離信息等，經綜合分析后得到障礙物的具體信息，加速度信息可以 用于機器人自身導航使用。總之，本技術能夠根據語音指令帶領人員 按照一定的路線前往目的地，途中根據圖象、超聲測距等信息綜合判定方 位、障礙等問題并正確作出語音提示和動作，因此，具有極其強大的移動 能力和語音處理能力，為各種不同用途的場館機器人提供了一個完善的平 臺，利于推廣應用。下面通過附圖和實施例，對本技術的技術方案做進一步的詳細描述。附圖說明圖1為本技術的結構框圖。圖2為本技術的整體原理框圖。圖3為本技術的整體結構示意圖。圖4為本技術語音識別模塊的原理框圖。 附圖標記說明具體實施方式l一信息處理與決策系統；4一傳感系統；7—執行機構；IO—紅外傳感器；13 —識別障礙及轉彎處理模塊；16 —逃避行為控制模 塊；1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種向導機器人，其特征在于：包括機器人本體以及設置在機器人本體內部的信息采集、處理與控制系統；位于所述機器人本體底部的執行機構（７）為底盤（３８）以及均勻對稱安裝在底盤（３８）上的四個全向輪，所述四個全向輪均由安裝在各自輪軸上的驅動電機進行驅動；所述信息采集、處理與控制系統由信息處理與決策系統（１）以及分別與信息處理與決策系統（１）相接的地圖信息獲取及存儲系統（２）、圖像采集系統（３）、傳感系統（４）、語音處理系統（５）和運動控制系統（６）組成；所述語音處理系統（５）由語音提示裝置（２６）和語音信號拾取、處理及識別裝置組成，所述語音信號拾取、處理及識別裝置接信息處理與決策系統（１），所述語音提示裝置（２６）和運動控制系統（６）均由信息處理與決策系統（１）進行控制，執行機構（７）由運動控制系統（６）進行控制且同時向運動控制系統（６）反饋運行狀態信息。

【技術特征摘要】
1. 一種向導機器人，其特征在于包括機器人本體以及設置在機器人本體內部的信息采集、處理與控制系統；位于所述機器人本體底部的執行機構(7)為底盤(38)以及均勻對稱安裝在底盤(38)上的四個全向輪，所述四個全向輪均由安裝在各自輪軸上的驅動電機進行驅動；所述信息采集、處理與控制系統由信息處理與決策系統(1)以及分別與信息處理與決策系統(1)相接的地圖信息獲取及存儲系統(2)、圖像采集系統(3)、傳感系統(4)、語音處理系統(5)和運動控制系統(6)組成；所述語音處理系統(5)由語音提示裝置(26)和語音信號拾取、處理及識別裝置組成，所述語音信號拾取、處理及識別裝置接信息處理與決策系統(1)，所述語音提示裝置(26)和運動控制系統(6)均由信息處理與決策系統(1)進行控制，執行機構(7)由運動控制系統(6)進行控制且同時向運動控制系統(6)反饋運行狀態信息。2. 按照權利要求1所述的向導機器人，其特征在于所述機器人本體 形狀為圓柱體或正多邊形柱體，所述正多邊形柱體的正多邊形邊數不小于 8。3. 按照權利要求l或2所述的向導機器人，其特征在于所述機器人 本體從上至下由頂箱、中箱和底箱三部分組成，圖像釆集系統(3)和傳 感系統(4)安裝在所述頂箱內，信息處理與決策系統(1)、語音處理系 統(5)和運動控制系統(6)均安裝在所述中箱內，所述執行機構(7) 及底盤(38)安裝在所述底箱內。4. 按照權利要求3所述的向導機器人，其特征在于所述頂箱、中箱 和底箱之間分別以上隔板(49)和下隔板(31)為界；所述中箱以中隔板(30) 為界分為上下兩部分，所述上隔板(49)、中隔板(30)和下隔板(31) 均為圓形或正多邊形，所述正多邊形邊數不小于8;所述上隔板(49) 和中隔板(30)之間通過多個均勻布設在外邊緣圓周上的上支柱(32)進 行支撐固定，所述中隔板(30)和下隔板(31)之間通過多個均勻布設在 外邊緣圓周上的下支柱(33)進行支撐固定。5. 按照權利要求1或2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉延飛，張國良，敬斌，孫大衛，田琦，宋海濤，陳林鵬，
申請(專利權)人：中國人民解放軍第二炮兵工程學院，
類型：實用新型
國別省市：87[中國|西安]