智能学习、娱乐机器人玩伴制造技术

本发明专利技术属于机器人技术领域，具体涉及一种具备丰富的运动自由度、并能智能控制的机器人，是一种与智能机器人紧密结合的新型学习、娱乐平台。机器人本体结构包括头颈、手臂、躯体、底座等结构，具备９个独立的运动自由度。系统采用ＰＩＤ反馈控制，能够精确控制伺服电机的速度，从而控制各关节的速度、方向和位置。这是一个标准的机器人学习和游戏操作交互平台，能够运行多种不同的、能和这个控制台的标准接口相兼容的应用程序，主要包括学习、游戏程序和机器人本身的学习程序。本发明专利技术将移动式的拟人机器人与学习、娱乐等相结合，用户可以通过视频、音频等信息与机器人进行交互，在学习和娱乐的过程中，机器人可以进行肢体动作和语音交流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人
，具体涉及一种具备丰富的运动自由度、并能智能控制的机器人，是一种与智能机器人紧密结合的新型学习、娱乐平台。可应用于机器人研究以及教育玩伴、场馆导游、家庭娱乐等。
技术介绍
目前，拟人机器人以其传统机器人所不能比拟的人形外观和动感行为引起了人们的极大关注。依靠核心技术的提高以及消费市场的拓展，拟人机器人在最近几年取得了长足的发展，市场售价也在不断地下降。例如，Wow Wee公司生产的Robosapien V1机器人目前售价只有60美元左右，截至2004年暑期，大约150万套售出。而它的后续产品，Robosapien V2具有12个运动自由度，能完成丰富的人性化动作，自2005年以来，以低于200美元的单价迅速走俏市场，对其他公司的产品如Sony的机器狗造成了极大的压力。AnthroTronix公司生产的CosmoBot是一种集学习和娱乐于一体的机器人，它能对用户的身体动作、语言变化以及遥控信号等做出反应。但是，目前的机器人都没有和计算机平台相结合，其动作都是基于前期的设计任务经过编程而完成的，聪明程度还是不尽如人意。家长门反映，小孩子在玩过几天后就失去了兴趣，他们觉得它始终是一个玩具，无法给他们带来持续的游戏新鲜感和成就感。另外，在基于消费市场的教育和游戏系统领域，2001年9月已被Riverdeep收购的TheLearning Company(TLC)是以交互式为主题的面向消费者和学校教育软件的主要发行者。它的产品包括野兔浏览器、超级数学、怪盗卡门等。LeapFrog是教育类玩具的主要生产者，它的LittleTouch LeapPad学习系统是一个为6个月到36个月大的幼儿设计的电子教学系统。电子游戏平台的主要生产线包括任天堂的Game Cube以及便携式的Game Boy，索尼的游戏平台以及微软的Xbox等。国内常见的有步步高学习机，诺亚洲学习机等。但这些学习、游戏系统没有一款和机器人相结合。针对目前拟人机器人以及学习、游戏软件等相关技术的进步和发展，本专利技术集成拟人机器人系统和PC系统，融学习和娱乐等功能于一体，是一种集机器人技术和计算机技术为一身的移动式互动平台。它有动感的立体造型，不会再像二维的游戏角色那样在电源关掉后消失掉。它可以感知到用户的某些反应从而让使用者在游戏中进行学习和娱乐，从而提高工作效率。用户可以通过看、听、摸来和机器人进行交互，这是一种与和人交流类似但却又不完全相同的感受。这种拟人机器人带来的物理上的视觉、触觉和动作感受是和屏幕上的虚拟机器人角色完全不同的。这种新式平台顺应了机器人玩具和学习机在未来的发展趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种集动感造型和娱乐、游戏功能于一体的移动式互动平台，也称智能学习机器人玩伴。本专利技术提出的智能学习、娱乐机器人玩伴，系统由拟人机器人本体结构、环境感知模块、行为控制模块、主控模块、通讯模块和系统显示界面组成，其中1、拟人机器人本体结构具有多个运动自由度，它包括头颈、躯体、手臂以及移动式的移动底座等。2、行为控制模块，主要由LED显示板、脖子、肘关节、肩关节、腰关节和驱动轮等组成，其功能是将大脑决策输出到电机或喇叭上，对外界作出反应，使机器人能够完成前进、后退、转弯等运动功能，具有丰富的肢体动作。所有的动作通过电动机和减速器来进行传动，声音通过扬声器发出。3、环境感知模块，包括视觉感知模块(摄像头)、听觉感知模块(麦克风)、多功能传感器模块(如红外传感器、声纳传感器、温度传感器等)。4、主控模块，主要包括嵌入式CPU、RTOS实时操作系统、内存、外存等。通过与外部环境的交互，实现传感器感知信息与机器人肢体动作的关联，从而实现机器人的智能行为。5、通讯模块，采用GPRS或无线以太网等，通过无线通讯方式实现与终端双向通信，并可上网和遥控，可以上网下载软件和更新信息，也可以访问其他设备等。6、系统的显示界面为宽屏的液晶显示器，并带有灵敏的触摸面板，用户可以和机器人通过触摸面板来进行交互。这是一个标准的机器人学习和游戏操作交互平台，能够运行多种不同的、能和这个控制台的标准接口相兼容的应用程序。概括起来，主要包括学习、游戏程序和机器人的学习程序，最简单的情况是机器人仅仅作为学习、游戏软件的状态输出设备。机器人的学习程序通过智能感知模块来获取信息并且在显示屏上或者是通过机器人本身表达出来。本专利技术将移动式的拟人机器人与学习、娱乐等相结合，用户可以通过视频、音频等信息与机器人进行交互，在学习和娱乐的过程中，机器人可以进行肢体动作和语音交流。本专利技术互动平台可以扮演多种角色比如家庭教师，学习、游戏伙伴以及学习者等。一、家庭教师在这种模式下，机器人将扮演家庭教师角色，正如一个真的家教一样，机器人应该具有如下功能1、作为奖赏者和鼓励者，可以根据孩子的当前水平和表现来进行奖赏。比如孩子取得了一个小小的进步，机器人会通过跳舞或唱歌来给予奖赏。不同程度的进步可以给予不同程度的奖赏。2、帮助家长管理孩子的学习并让其养成良好的学习习惯。通过分配任务来提醒他们作业的完成情况，该功能可以事先设置。3、通过视频或音频反馈来进行各类科目的测验，帮助孩子取得学习上的进步。二、学习、游戏伙伴在这种模式下，机器人将扮演用户的玩伴，具有与小朋友和大人都能进行良好交互的能力1、作为一种激励型的伙伴，同家教的情形相同，可以对小朋友的进步给予奖励，这样的奖励会更自然有趣些，并且可以有很多的奖励方式。2、与小朋友一起做游戏，可以分别扮演不同的角色。这样的游戏可以是简单的或者是复杂的，譬如一个音乐创作或一个音乐组合游戏等。三、学习者在这种模式下，机器人扮演一个学习者的角色，而用户则扮演教师的角色。教育他人其实是一种最有效的学习方法。通过教授机器人表演一些动作，用户可以学会和掌握如何控制机器人的方法。在这种模式下，机器人应该具有以下学习能力1、根据用户的输入完成肢体的动作表演，比如跳舞、唱歌，或是诗歌朗诵等；2、了解用户的讲授风格并且可以由此执行一些相关功能。例如，用户教授机器人如何进行算术运算，然后根据要求完成任务，过后可以对其进行提问等。作为学习、娱乐工具的附加部分，本专利技术具有明显的优势。它让孩子同一个具有人类特性的具体物体交流，可以让孩子学到很多丰富的、具有吸引力的知识。真实的交流可以更好地锻炼小孩的积极性，孩子将把他们的注意力从荧光屏上转移到机器人的相应动作上来，从而避免长期注视荧光屏带来的后果。该专利技术使用户可以同机器人培养一种人与人之间的关系，因为机器人是真实存在的，就跟孩子可以和宠物之间建立一种亲密关系一样。建立一种亲密而信任的关系，孩子将会学得更好。附图说明图1本专利技术系统功能框图。图2本专利技术机器人结构示意图(前视)。图3本专利技术机器人结构示意图(侧视)图4本专利技术的控制原理图。图中标号1LED显示板，2为脖子转动关节，3为机器人手臂，4为液晶宽屏显示屏，5为摄像头，6为红外传感器，7为机器人底盘，8为机器人胸部，9为机器人肘关节，10为机器人肩关节，11为声纳传感器，12为机器人头部，13为机器人计算单元，14为机器人腰部一个关节，15为机器人腰部另一个关节，16为机器人驱动轮，17为机器人随动轮，18为CAN接口卡，19为主控板，20为电机闭环控制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个智能学习、娱乐机器人玩伴，是一个标准的机器人学习和游戏操作交互平台，能够运行多种不同的、能和这个控制台的标准接口相兼容的应用程序，这些应用程序主要学习、游戏程序和机器人本身的学习程序，其特征在于系统由拟人机器人本体结构、环境感知模块、主控模块、行为控制模块、通讯模块和显示界面组成，其中：（１）拟人机器人本体结构具有多个运动自由度，它包括头颈、躯体、手臂以及移动式的移动底座；（２）行为控制模块，由ＬＥＤ显示板、脖子、肘关节、肩关节、腰关节和驱动轮组成，其功能 是将大脑决策输出到电机或喇叭上，对外界作出反应，使机器人能够完成前进、后退、转弯运动功能；所有的动作通过电动机和减速器来进行传动，声音通过扬声器发出；（３）环境感知模块，包括视觉感知模块、听觉感知模块和多功能传感器模块；（４ ）主控模块，主要包括嵌入式ＣＰＵ、ＲＴＯＳ实时操作系统、内存、外存；通过与外部环境的交互，实现环境感知模块感知信息与机器人肢体动作的关联，从而实现机器人的智能行为；（５）通讯模块，采用ＧＰＲＳ或无线以太网，通过无线通讯方式实现与终端 双向通信，并可上网和遥控；（６）系统的显示界面为宽屏的液晶显示器，并带有灵敏的触摸面板，用户和机器人通过触摸面板来进行交互。...

【技术特征摘要】
1.一个智能学习、娱乐机器人玩伴，是一个标准的机器人学习和游戏操作交互平台，能够运行多种不同的、能和这个控制台的标准接口相兼容的应用程序，这些应用程序主要学习、游戏程序和机器人本身的学习程序，其特征在于系统由拟人机器人本体结构、环境感知模块、主控模块、行为控制模块、通讯模块和显示界面组成，其中(1)拟人机器人本体结构具有多个运动自由度，它包括头颈、躯体、手臂以及移动式的移动底座；(2)行为控制模块，由LED显示板、脖子、肘关节、肩关节、腰关节和驱动轮组成，其功能是将大脑决策输出到电机或喇叭上，对外界作出反应，使机器人能够完成前进、后退、转弯运动功能；所有的动作通过电动机和减速器来进行传动，声音通过扬声器发出；(3)环境感知模块，包括视觉感知模块、听觉感知模块和多功能传感器模块；(4)主控模块，主要包括嵌入式CPU、RTOS实时操作系统、内存、外存；通过与外部环境的交互，实现环境感知模块感知信息与机器人肢体动作的关联，从而实现机器人的智能行为；(5)通讯模块，采用GPRS或无线以太网，通过无线通讯方式实现与终端双向通信，并可上网和遥控；(6)系统的显示界面为宽屏的液晶显示器，并带有灵敏的触摸面板，用户和机器人通过触摸面板来进行交互。2.根据权利要求1所述的机器人玩伴，其特征在于所述视觉感知模块是...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文强，薛向阳，翁巨扬，冯瑞，张睿，唐志强，白建松，包春雷，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]