一种自闭症儿童辅助治疗的智能机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种自闭症儿童辅助治疗的智能机器人，包括：视觉识别模块：搜索路径采用原地查找、走动和旋转查找实现360度全视野搜索;目标颜色识别基于YUV颜色空间进行;目标跟踪采用目标始终在视野中心算法实现；智能问答模块：使用云端语音识别的方法,NAO机器人通过获取用户的语音问句,上传到web云端去识别,再对返回来的识别文字做相应的问句分析、答案检索处理；识别自闭症儿童的情绪，执行相应的动作；识别自闭症儿童的语音，执行相应的动作。本发明专利技术的有益效果是:本发明专利技术的智能机器人构建了自闭症儿童的内容丰富、类型多样的音乐库；智能聊天强化自闭症儿童对话能力，从而显著提高儿童自闭症的治疗效果。

An Intelligent Robot for Autistic Children's Assistant Therapy

【技术实现步骤摘要】
一种自闭症儿童辅助治疗的智能机器人
本专利技术涉及机器人领域，尤其涉及一种自闭症儿童辅助治疗的智能机器人。
技术介绍
自闭症，现已成为需要迫切关注的公共健康问题，给社会和家庭带来巨大的经济和精神负担。联合国报告称，全球现有自闭症患者3500万人，其40％是儿童，每20分钟将诞生一名自闭症儿童。机器人出现于上世纪60年代，在机器人诞生之初的1976年，就有人把它用在自闭症儿童的干预训练中进行了大胆尝试：weir用机器人对一位自闭症儿童进行干预训练，取得了良好效果。近年来，一些国内外的研究者对机器人干预治疗自闭症进行了有意义的探索。在Dautenhahn等人的研究认为，机器人在和自闭症儿童交流时，会给自闭症儿童营造出一种可预测的环境，而这种安全和稳定的环境对稳定自闭症儿童的情绪十分有利，在此环境中适合发展自闭症儿童的社交技能。另一些研究发现自闭症患者在模仿机器人和人的手部动作时，对机器人动作的模仿速度要超过对人的模仿，自闭症儿童看到机器人抓球时的反应比看到人抓球时的反应明显更快，让自闭症儿童和机器人一起玩游戏，自闭症儿童能积极与机器人互动。这表明在机器人的介入下，自闭症儿童可以形成一定的接受意愿和表达意愿，在自闭症儿童与机器人交往和与人交往中，自闭症儿童也更愿意接受前者。南开大学的研究者选取了20名自闭症儿童进行了人机互动社交场景的眼动实验，发现自闭症儿童和正常儿童对人机互动社交场景展现出相同的注意模式，即机器人可以引发自闭症儿童正常的注意模式。这些研究都显示了机器人在康复干预中的巨大潜力和优势。目前国内外关于机器人干预自闭症儿童的研究，常见的主要有下几个方向：①、模仿、训练某个技能②、引发行为③提供反馈和鼓励。虽然智能机器人有着非常广泛的应用范围和无可限量的发展前景,但是也有很多不足之处，1)障碍物绕行能力差，部分机器人传感器选择及算法不到位，被困后通过反复撞击来尝试出路，呈现的是一幅无序的路线。2)较易损坏,由于各部件本身精密细致,链接精巧繁多,即使一个小小的错误总会对整个机械运动情况有影响。3)市场上能同时识别语音、面部表情、肢体语言的机器人比较少，而且存在很大缺陷。
技术实现思路
本专利技术提供了一种自闭症儿童辅助治疗的智能机器人，包括,NAO机器人，该智能机器人还包括：视觉识别模块：搜索路径采用原地查找、走动和旋转查找实现360度全视野搜索；目标颜色识别基于YUV颜色空间进行；目标跟踪采用目标始终在视野中心算法实现；智能问答模块：使用云端语音识别的方法,NAO机器人通过获取用户的语音问句,上传到web云端去识别,再对返回来的识别文字做相应的问句分析、答案检索处理；该智能机器人识别自闭症儿童的情绪，执行相应的动作；该智能机器人通过语音识别模块识别自闭症儿童的语音，执行相应的动作。作为本专利技术的进一步改进，在视觉识别模块中，进行视觉目标检测与跟踪，首先,对RGB、HIS、YUV三种颜色空间下采集到的图像进行了分析对比,选择了受光照影响最小的YUV颜色空间,减小了机器人所采集图像受到光照变化的影响；其次,对所采集的图像进行图像分割,提取出所需要的目标图像,并且对目标图像进行去噪处理,去除图像中的干扰噪声；最后提取出目标定位和跟踪所需要的轮廓以及坐标信息。作为本专利技术的进一步改进，在所述视觉识别模块中，对NAO机器人的摄像机模型进行分析，对摄像机的内外参数进行了标定,进而构建了针对NAO机器人的单目测距模型；设计不同情况下机器人应该采用的不同策略,使得机器人能够高效精确地跟踪到目标,并且编写NAO机器人在跟踪过程中所需要的动作。作为本专利技术的进一步改进，使用Choregraphe软件编写NAO机器人在跟踪过程中所需要的动作。作为本专利技术的进一步改进，语音识别模块调用了科大讯飞股份有限公司的语音识别和语义理解功能。作为本专利技术的进一步改进，该智能机器人具有音乐播放、对话功能，音乐播放功能：播放音乐，采用奥尔夫音乐治疗法进行治闻；对话功能：和自闭症儿童交流，克服社交恐惧。作为本专利技术的进一步改进，该智能机器人具有打招呼、握手功能，打招呼、握手功能：根据特定的动作，培训自闭症儿童打招呼的习惯。作为本专利技术的进一步改进，该智能机器人具有游戏和舞蹈功能，游戏功能：通过角色游戏完成社会角色的代入，形成社会交往技能；舞蹈功能：自闭症儿童与NAO机器人共舞。作为本专利技术的进一步改进，该智能机器人设有通信模块，使用通信模块与其他机器人进行交互。作为本专利技术的进一步改进，所述通信模块包括红外模块、wifi模块。本专利技术的有益效果是：本专利技术的智能机器人构建了自闭症儿童的内容丰富、类型多样的音乐库；基于自闭症儿童面部表情，智能选取适合自闭症儿童的个性音乐；音乐与舞蹈结合提升自闭症儿童感知能力；利用场景游戏互动培养自闭症儿童日常交流习惯；智能聊天强化自闭症儿童对话能力，从而显著提高儿童自闭症的治疗效果。附图说明图1是本专利技术的模块框架图。图2是本专利技术的课程设计流程图。具体实施方式本专利技术公开了一种自闭症儿童辅助治疗的智能机器人,本专利技术是基于当前主流的机器人NAO硬件系统，面向自闭症儿童开发智能音乐和互动交流的智能机器人。本专利技术NAO机器人是基于Choregraphe软件进行开发，帮助自闭症儿童康复的人工智能机器人，主要依托Choregraphe软件对机器人进行编写，实现对话、动作、视频触发等功能，从而实现遵循某种社交行为和规范与自闭症儿童亲切互动和沟通。同时NAO机器人拥有着讨人喜欢的外形，肢体语言有趣，增加亲切感，对自闭症儿童具备吸引力，能够降低自闭症儿童的社交恐惧感，有潜质成为自闭症儿童社会技能干预的有效工具。该智能机器人具有三个方面的优势：一是智能机器人比人更有耐心，同时还可以节省人力资源；二是：具有运动功能，能够创设丰富多样的互动型游戏场景，例如:与自闭症儿童进行角色扮演和跳舞的互动游戏，成为自闭症儿童社交互动的伙伴，而不是被动的玩具；三是实时提供感官奖励，使自闭症儿童在互动中获得成就感。本专利技术的智能机器人实现协助诊断、提高眼神注释和主动性交互、轮流、模仿、情绪鉴别、共同注意和多人交互等方式。在自闭症儿童干预中扮演多种角色：康复师、响应玩具等，有效引导自闭症儿童执行社会交往的动作和语言行为和调节自闭症儿童与他人的社会交往行为。下表为本专利技术的运行环境：该智能机器人包括：视觉识别模块：Nao可以抓拍发送图像，视频，分辨色彩，感知物体，人脸识别，通过电脑或者网络实现文件下载，动作控制，实时传输图像等等。它完全自主，可以在有障碍物的房间里自己找了能行走的路线，当电量低时，还能自己到充电基座去充电。针对目前应用最广的新型仿人机器人NAO平台,和其官网发布的目标识别算法原理,提出一种改进的识别方法,降低光照对目标识别的影响,缩短机器人识别、定位和跟踪整个过程闭环操作过程的反应时间。其中搜索路径采用原地查找、走动和旋转查找三部曲实现360度全视野搜索；目标颜色识别基于YUV颜色空间进行；目标跟踪采用目标始终在视野中心算法实现；同时分析第四代NAO机器人的硬件参数设计头关节垂直偏角与目标的距离计算公式,用于目标快速定位。声音识别模块：声纳传感器使它能精确稳定地识别、适应各种环境。提供行业领先的广角拾音技术，提供更好的声音捕捉能力，提供更为优秀的噪音去除算法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自闭症儿童辅助治疗的智能机器人，包括,NAO机器人，其特征在于，该智能机器人还包括：视觉识别模块：搜索路径采用原地查找、走动和旋转查找实现360度全视野搜索；目标颜色识别基于YUV颜色空间进行；目标跟踪采用目标始终在视野中心算法实现；智能问答模块：使用云端语音识别的方法,NAO机器人通过获取用户的语音问句,上传到web云端去识别,再对返回来的识别文字做相应的问句分析、答案检索处理；该智能机器人识别自闭症儿童的情绪，执行相应的动作；该智能机器人通过语音识别模块识别自闭症儿童的语音，执行相应的动作。

【技术特征摘要】
1.一种自闭症儿童辅助治疗的智能机器人，包括,NAO机器人，其特征在于，该智能机器人还包括：视觉识别模块：搜索路径采用原地查找、走动和旋转查找实现360度全视野搜索；目标颜色识别基于YUV颜色空间进行；目标跟踪采用目标始终在视野中心算法实现；智能问答模块：使用云端语音识别的方法,NAO机器人通过获取用户的语音问句,上传到web云端去识别,再对返回来的识别文字做相应的问句分析、答案检索处理；该智能机器人识别自闭症儿童的情绪，执行相应的动作；该智能机器人通过语音识别模块识别自闭症儿童的语音，执行相应的动作。2.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：在视觉识别模块中，进行视觉目标检测与跟踪，首先,对RGB、HIS、YUV三种颜色空间下采集到的图像进行了分析对比,选择了受光照影响最小的YUV颜色空间,减小了机器人所采集图像受到光照变化的影响；其次,对所采集的图像进行图像分割,提取出所需要的目标图像,并且对目标图像进行去噪处理,去除图像中的干扰噪声；最后提取出目标定位和跟踪所需要的轮廓以及坐标信息。3.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：在所述视觉识别模块中，对NAO机器人的摄像机模型进行分析，对摄像机的内外参数进行了标定,进而构建了针对NAO机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵学华，李照，吴晓丹，黄英，韩丽屏，张谦，陈慧灵，李永红，卢鑫，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44