一种基于机器视觉与语音交互的学生作息时间智能管控机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉与语音交互的学生作息时间智能管控机器人，属于人工智能技术领域。该系统包括机器人本体和配套的手机APP，机器人本体主要由主控制器、数据存储器、视频处理器、双目摄像机组件、人体红外感应器、语音识别模块、麦克风、WIFI无线数据接口、蓝牙无线数据接口、USB有线数据接口、扬声器以及底座云台等硬件部分。本发明专利技术的机器人利用微处理器、并通过语音交互，自动督促学生按计划学习和休息；利用双目视觉识别实现学习坐姿的监视，并通过语音播报提醒纠正；利用视觉和红外相结合检测学生起床状态，并通过个性化唤醒方式督促按时起床；利用配套的手机智能APP，方便作息计划的编制、生成、下载和监控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉与语音交互的学生作息时间智能管控机器人
本专利技术涉及一种基于机器视觉与语音交互的学生作息时间智能管控机器人，属于自动控制、计算机和人工智能

技术介绍
学生，尤其是初高中生，日常独处时的作息时间管理和掌控，对保证学生既能高效学习又可拥有良好身心健康具有重要意义。绝大多数中学生往往对时间的自我管控能力比较差，在学校或在家里有家长陪伴时，还可能遵守比较规矩的作息时间，然而，一旦独处或疏于监管时，就会出现注意力不集中和时间抓得不紧的情况，同时，也不能良好兼顾学习和休息，导致时间和身体都消耗了，而成绩却不长进甚至倒退。为了实现对学生的作息时间进行监控，最常用的方法就是利用已有的计时工具(如手表、电子钟、手机等)，根据事先设计好的作息时间计划(通常是写在纸上)，由学生自己进行掌控，即：学生根据当前时钟时间对照作息计划中的学习或间歇时间安排，在不同的时间段开展不同内容(如科目)的学习或不同方式(如做操、听音乐)的休息。为了促进学生保护好视力，需要对学生的坐姿进行实时监视，并在发现其坐姿不正确时给予及时提醒。目前，市场上没有成形的学生实时坐姿监视产品，但出现了一些相关项目、提出了多种新颖的解决途径，例如，一款青少年坐姿微动作识别与分析系统提出：利用嵌装在座椅上的点阵式柔性压力垫与安装在写字板上的光敏传感器与温湿度传感器实时采集用户的微动作信息与环境参数，利用网络将微动作信息与环境参数传递给云端服务模块进行处理分析，并将处理分析结果实时传输至手机APP客户端进行显示。为了督促学生及时起床，常用的方法是利用闹钟、电子钟和手机等具有定时和闹铃功能的工具，提前设置起床时间、并在时钟到达起床时间时启动闹铃，如果为了防止学生赖床、还可以设置多次间隔闹铃。上述针对作息时间监控、坐姿监视提醒以及起床唤醒等三方面的现有技术方案，存在的主要缺陷如下：(1)采用计时工具执行作息计划的主要缺点包括：首先，计划通常是写在纸上或记忆的，由于计划一般至少都会包括一周的作息内容，因此，经常会遗忘或记忆不准确、需再查看，使用起来不是很方便；其次，计时工具不会主动定时、计时，每次都需人工进行操作，面对一天之内十来个时段，一周内每天的时段又可能不同，因此，会非常麻烦，这也是为什么很少有学生能较好地坚持按照计划执行作息的原因了；最后，计时工具(例如手机)本身也会干扰学生学习，可能会借用定时的机会偷偷地玩游戏、或聊天等。(2)目前市场上现有的身体姿势矫正类设备的主要缺点是：矫正实效差、使用不方便、对日常学习生活干扰大以及学生不感兴趣有抵触情绪等；近期研发的一种青少年坐姿微动作识别与分析系统，方法比较新颖，但也有明显的先天不足：首先，系统复杂通用性不强，包括嵌装在座椅上的压力垫与安装在写字板上的光敏传感器与温湿度传感器；其次，使用限制多、不方便，需利用网络将微动作信息与环境参数传递给云端服务模块进行处理分析，再将处理分析结果实时传输至手机APP客户端进行显示；最后，系统的安装调试会比较麻烦、严重限制了使用范围，也增加了学生使用的负担、反而会干扰学生的学习。(3)使用闹钟、电子钟和手机等具有定时和闹铃功能的工具，实现起床唤醒时，有如下主要缺点：首先，定时设置是通过手动按键输入实现的，当需比较频繁地更改时间时会比较麻烦；其次，闹铃音时长每次设置后就固定了，也就是说你起床后需手动先将闹铃关闭，否则闹铃音会一直持续直至设定的时长结束，这是一个令人生厌、但又不可避免的环节；最后，为了防止赖床，需专门设置二次或多次闹铃，然而，一旦这样设置又会带新的烦恼，如果你已经起床了，闹铃还会按照之前的设置执行、需要你去关闭。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的一种基于机器视觉与语音交互的学生作息时间智能管控机器人，解决现有技术中存在的主要问题。本专利技术解决上述技术问题，采用的技术方案如下：一种基于机器视觉与语音交互的学生作息时间智能管控机器人，如附图1和附图2所示，系统包括机器人本体和配套的手机APP。其中机器人本体包括:主控制器、数据存储器、视频处理器、双目摄像机组件、人体红外感应器、语音识别模块、麦克风、WIFI无线数据接口、蓝牙无线数据接口、USB有线数据接口、扬声器以及底座云台等硬件部分。主控制器用于支持程序运行，实现计划定时、视频监视、语音识别、音频播报等功能调度和执行；数据存储器用于存储作息计划数据和音频素材文件(包括间歇时段播放的音乐、歌曲、体操伴音，作息时段的开始结束提示语音、坐姿纠正提示语音、起床唤醒音乐)等；视频处理器用于对双目摄像机获取的学生坐姿人像图片进行处理以及运行坐姿模式识别模块，实现判断当前的学生坐姿是否正确；双目摄像机组件用于实时采集学生的坐姿人像图片，并输出该图片的特征信息(如轮廓线、图形重心等)，支持模式识别算法分类计算；人体红外感应器用于监视学生的起床状态；语音识别模块用于对学生的语音指令(如临时计时请求，起床时间设置等)输入进行识别，确定出具体的时间信息(如十分钟，六点二十分等)；麦克风用于监测学生的语音指令输入，支持语音识别模块确定时间信息；WIFI无线数据接口，用于支持手机APP向机器人传输作息计划数据以及机器人向手机传输计划执行状态；蓝牙无线数据接口，用于支持计算机或手机向机器人传输作息计划数据；USB有线数据接口，用于支持计算机向机器人传输作息计划数据；扬声器，用于机器人向外输出音频输出(语音播报，音乐、歌曲、体操伴音等)；底座云台，以人体红外感应器为引导，通过水平和俯仰旋转调整双目摄像头的感知角度，使学生人像位于取景框内。其中手机APP包括:作息计划编辑器、作息计划智能生成器、人机交互界面、个人资料库、音频素材库、机器人计划下载端口、云端计划上下载端口等模块。其中作息计划编辑器，用于通过手机的人机交互界面(如制作表格和文本编辑，音频文件查看和加载等)实现作息计划的编辑、修改和生成；作息计划智能生成器，用于通过智能算法(如计划智能生成，计划智能重构等)实现计划的快速生成和适应更新；人机交互界面，用于通过文字输入、音频输出、画面输出等，实现将学生对作息计划的个人意图和喜好输入并自动转化为计划文档数据；个人资料库，用于存储支持个性化作息计划生成的个人资料(如需给累计时间最多的科目、需每天都给时间的科目、需一天给时间最多的科目、需在一天中给最好时间段的科目等)；音频素材库，用于存储语音播报(如“开始学习数学”)，以及个性化的间歇音乐，起床唤醒音等音频文件；机器人计划下载端口，用于将手机中已经编制完成的作息计划数据，通过WIFI下载至机器人中；云端计划上下载端口，用于通过WIFI从云端下载别人的优秀作息计划数据，以及向云端上传本人经过使用后觉得效果良好的个人作息计划数据、与其他人共享。其运行流程特征是：机器人系统的功能调度和执行，具体步骤如下:步骤1，上电开机后，机器人主控制器读取当日日期；步骤2，机器人主控制器，根据当日日期，从数据存储器中读取事先编制的当日作息计划数据，计划数据为按照自然时钟顺序的几个计划时段；计划时段又分为学习时段、间歇时段和睡眠时段等三类，每个计划时段包括开始时间、结束时间和计划内容，例如学习时段:8:30、9:30、数学；间歇时段:9:30、9:50、听音乐；睡眠时段:22:30、次日本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉与语音交互的学生作息时间智能管控机器人，包括机器人本体和配套的手机APP；其特征在于，所述的机器人本体包括：主控制器、数据存储器、视频处理器、双目摄像机组件、人体红外感应器、语音识别模块、麦克风、WIFI无线数据接口、蓝牙无线数据接口、USB有线数据接口、扬声器以及底座云台；主控制器用于支持程序运行，实现计划定时、视频监视、语音识别、音频播报等功能调度和执行；数据存储器用于存储作息计划数据和音频素材文件；视频处理器用于对双目摄像机获取的学生坐姿人像图片进行处理以及运行坐姿模式识别模块，实现判断当前的学生坐姿是否正确；双目摄像机组件用于实时采集学生的坐姿人像图片，并输出该图片的特征信息，支持模式识别算法分类计算；人体红外感应器用于监视学生的起床状态；语音识别模块用于对学生的语音指令输入进行识别，确定出具体的时间信息；麦克风用于监测学生的语音指令输入，支持语音识别模块确定时间信息；WIFI无线数据接口，用于支持手机APP向机器人传输作息计划数据以及机器人向手机传输计划执行状态；蓝牙无线数据接口，用于支持计算机或手机向机器人传输作息计划数据；USB有线数据接口，用于支持计算机向机器人传输作息计划数据；扬声器，用于机器人向外输出音频输出；底座云台，以人体红外感应器为引导，通过水平和俯仰旋转调整双目摄像头的感知角度，使学生人像位于取景框内；所述的手机APP，包括：作息计划编辑器、作息计划智能生成器、人机交互界面、个人资料库、音频素材库、机器人计划下载端口、云端计划上下载端口；其中作息计划编辑器，用于通过手机的人机交互界面实现作息计划的编辑、修改和生成；作息计划智能生成器，用于通过智能算法实现计划的快速生成和适应更新；人机交互界面，用于通过文字输入、音频输出、画面输出，实现将学生对作息计划的个人意图和喜好输入并自动转化为计划文档数据；个人资料库，用于存储支持个性化作息计划生成的个人资料；音频素材库，用于存储语音播报以及个性化的音频文件；机器人计划下载端口，用于将手机中已经编制完成的作息计划数据，通过WIFI下载至机器人中；云端计划上下载端口，用于通过WIFI从云端下载别人的优秀作息计划数据，向云端上传本人经过使用后觉得效果良好的个人作息计划数据,与其他人共享。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉与语音交互的学生作息时间智能管控机器人，包括机器人本体和配套的手机APP；其特征在于，所述的机器人本体包括：主控制器、数据存储器、视频处理器、双目摄像机组件、人体红外感应器、语音识别模块、麦克风、WIFI无线数据接口、蓝牙无线数据接口、USB有线数据接口、扬声器以及底座云台；主控制器用于支持程序运行，实现计划定时、视频监视、语音识别、音频播报等功能调度和执行；数据存储器用于存储作息计划数据和音频素材文件；视频处理器用于对双目摄像机获取的学生坐姿人像图片进行处理以及运行坐姿模式识别模块，实现判断当前的学生坐姿是否正确；双目摄像机组件用于实时采集学生的坐姿人像图片，并输出该图片的特征信息，支持模式识别算法分类计算；人体红外感应器用于监视学生的起床状态；语音识别模块用于对学生的语音指令输入进行识别，确定出具体的时间信息；麦克风用于监测学生的语音指令输入，支持语音识别模块确定时间信息；WIFI无线数据接口，用于支持手机APP向机器人传输作息计划数据以及机器人向手机传输计划执行状态；蓝牙无线数据接口，用于支持计算机或手机向机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚诗晴，
申请(专利权)人：姚诗晴，
类型：发明
国别省市：辽宁,21