CN103699126B - 智能导游机器人的导游方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能导游机器人的导游方法，包括导航定位装置、语音交互单元、驱动装置、信息处理***和蓄电池电源组，所述导航定位装置、语音交互单元、驱动装置和蓄电池电源组分别与信息处理***连接，其导游技术的步骤如下：步骤一，基于WiFi构建室内环境地图；步骤二，基于视觉图片构建导游讲解数据库；步骤三，预定机器人行走路线；步骤四，WiFi信号获取及机器人定位；步骤五，进行导游讲解并与游客语音交流；步骤六，机器人返回起点。该导游机器人，通过机器视觉实现导航，环境适应能力强；具有导游讲解和问题解答功能；利用WiFi结合惯性导航***进行定位，定位精度高；能够自主控制完成既定任务，工作状态稳定，效率高。

Description

智能导游机器人的导游方法
技术领域
本发明涉及一种利用WiFi和机器视觉实现定位导航并自主控制完成既定任务的导游装置，属于移动机器人技术领域，具体涉及一种复杂室内环境下的具有自主控制和语音交互功能的智能导游机器人的导游方法。
背景技术
随着社会生产力的发展和生活水平的提高，人们将越来越多的时间用于休闲和娱乐，从而极大的促进了旅游业的发展。近年来，游览博物馆、名人故居等文化圣地成为一种时尚，游客数量剧增。
为了获得更佳的游览体验，通常需要讲解员向游客介绍各种物品、遗迹并对相关的历史故事进行讲解。由于游客数量众多，需分批进入，因此讲解员必须完成多次重复的讲解工作，浪费了时间和人力，增加了工作成本。同时由于人脑的记忆力有限，讲解员有时不能清楚完整的解答游客提出的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于视觉和WiFi的智能导游机器人的导游方法，具有导航定位和语音交互功能，能够实现自主控制，在实时行走过程中通过机器视觉识别物品并对其进行讲解，同时通过语音交互单元接收并回答游客提出的相关问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种智能导游机器人，包括导航定位装置、语音交互单元、驱动装置、信息处理***和蓄电池电源组，所述导航定位装置、语音交互单元、驱动装置和蓄电池电源组分别与信息处理***连接；所述导航定位装置由惯性导航装置、视觉导航单元和 WiFi定位单元组成；所述语音交互单元由话筒和扩音器组成，实现游览讲解以及与人对话交流；所述驱动装置由行走小车和电机组成；所述信息处理***，包括惯性导航模块，图像识别处理模块，实时定位与建图模块，WiFi定位模块，语音交互模块，机器人驱动模块和信息数据库；所述蓄电池电源组由锂离子电池组构成，智能导游机器人工作时的移动电源。
所述惯性导航装置包括加速度计和陀螺仪，加速度计用于记录智能导航机器人的速度变化，陀螺仪用于记录机器人的运动方向变化；所述视觉导航单元由深度摄像头构成，负责实时采集周围环境三维图像；所述WiFi定位单元由WiFi信号接收器组成，负责接收周围环境中不同路由器的信号强度。
所述惯性导航模块与惯性导航装置连接；所述图像识别处理模块和实时定位与建图模块均与视觉导航单元连接；所述WiFi定位模块与WiFi定位单元连接；所述语音交互模块与语音交互单元连接；所述机器人驱动模块与驱动装置连接；所述信息数据库分别与语音交互模块、实时定位与建图模块及图像识别处理模块连接。
本发明还提供了一种智能导游机器人的导游技术，其步骤如下：
步骤一，基于WiFi构建室内环境地图；
步骤二，基于视觉图片构建导游讲解数据库；
步骤三，预定机器人行走路线；
步骤四，WiFi信号获取及机器人定位；
步骤五，进行导游讲解并与游客语音交流；
步骤六，机器人返回起点。
本发明的有益效果是：一种智能导游机器人的导游方法，通过机器视觉实现导航，环境适应能力强，适用于各种复杂环境；能够实现物体识别并通过语音与人交流，具有导游讲解和问题解答功能；利用WiFi结合惯性导航***进行定位，定位精度高，可广泛用于室内和地下等环境；具有智能的特点，能够自主控制完成既定任务，工作状态稳定，效率高，效果好。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
附图1是一种智能导游机器人的工作示意图。
附图2是一种智能导游机器人的***结构框图
图中，1.导航定位装置，1-1.惯性导航装置，1-2.视觉导航单元，1-3.WiFi定位单元，2.语音交互单元，2-1.话筒，2-2.扩音器，3.驱动装置，3-1.电机，3-2.行走小车，4.信息处理***，4-1.惯性导航模块，4-2.图像识别处理模块，4-3.实时定位与建图模块，4-4.WiFi定位模块，4-5.语音交互模块，4-6.机器人驱动模块，4-7.信息数据库，5.蓄电池电源组。
具体实施方式
在附图中，一种智能导游机器人，包括导航定位装置1、语音交互单元2、驱动装置3、信息处理***4和蓄电池电源组5，所述导航定位装置1、语音交互单元2、驱动装置3和蓄电池电源组5分别与信息处理***4连接；所述导航定位装置1由惯性导航装置1-1、视觉导航单元1-2和 WiFi定位单元1-3组成；所述语音交互单元2由话筒2-1和扩音器2-2组成，实现游览讲解以及与人对话交流；所述驱动装置3由行走小车3-2和电机3-1组成；所述信息处理***4，包括惯性导航模块4-1，图像识别处理模块4-2，实时定位与建图模块4-3，WiFi定位模块4-4，语音交互模块4-5，机器人驱动模块4-6和信息数据库4-7；所述蓄电池电源组5由锂离子电池组构成，智能导游机器人工作时的移动电源。
所述惯性导航装置1-1包括加速度计和陀螺仪，加速度计用于记录智能导航机器人的速度变化，陀螺仪用于记录机器人的运动方向变化；所述视觉导航单元1-2由深度摄像头构成，负责实时采集周围环境三维图像；所述WiFi定位单元1-3由WiFi信号接收器组成，负责接收周围环境中不同路由器的信号强度。
所述惯性导航模块4-1与惯性导航装置1-1连接；所述图像识别处理模块4-2和实时定位与建图模块4-3均与视觉导航单元1-2连接；所述WiFi定位模块4-4与WiFi定位单元1-3连接；所述语音交互模块4-5与语音交互单元2连接；所述机器人驱动模块4-6与驱动装置3连接；所述信息数据库4-7分别与语音交互模块4-5、实时定位与建图模块4-3及图像识别处理模块4-2连接。
本发明还提供了一种智能导游机器人的导游技术，其步骤如下：
步骤一，基于WiFi构建室内环境地图；
步骤二，基于视觉图片构建导游讲解数据库；
步骤三，预定机器人行走路线；
步骤四，WiFi信号获取及机器人定位；
步骤五，进行导游讲解并与游客语音交流；
步骤六，机器人返回起点。
下面结合实施例对本发明所述的智能导游机器人的导游技术作进一步说明，其具体步骤如下：
步骤一，在智能导游机器人的导游区域内安装路由器，平均每10平方米范围安装一个，然后驱动机器人以1m×1m的密度对该区域的WiFi信号强度进行采样，并建立环境三维地图，采样数据和环境三维地图自动存入信息处理***4中的信息数据库4-7；
步骤二，将该区域内所有需要讲解的物品三维图片信息，相关语音介绍资料以及部分相关问题及语音解答资料存入信息数据库4-7；
步骤三，预先设定一条导游行走路线，当游客进入智能导游机器人视线范围时，机器人开始工作；
步骤四，1）工作时首先利用WiFi定位单元1-3获取WiFi信号强度，传入WiFi定位模块4-4，通过KNN算法定位机器人当前位置；
2）在机器人移动过程中，机器人驱动模块4-6作用于驱动装置3，蓄电池电源组5对驱动装置3供电，机器人开始移动并根据WiFi信号强度实时定位；
3）视觉导航单元1-2获取周围环境的三维图像信息，传入实时定位与建图模块4-3，同时，结合惯性导航装置1-1记录的智能导游机器人的实时移动速度和方向信息通过惯性导航模块4-1处理，提高机器人的实时定位精度；
步骤五，在完成步骤四的过程中，同时完成环境三维图像数据的更新操作以及图像识别处理模块4-2对实时采集的环境三维图像中的物体进行匹配识别，当识别出需讲解物品时，信息处理***4通过机器人驱动模块4-6指示驱动装置3停止工作；此时，智能导游机器人停止运动，语音交互模块4-5从信息数据库4-7中提取与目标物品相关的语音资料信息，通过扬声器实现导游讲解功能；当游客提出问题时，智能导游机器人通过记录游客问题的语音信息并与信息数据库4-7中相关问题及相关解答资料进行自动匹配，然后输出语音解答，实现与游客的对话交流；
步骤六，智能导游机器人沿着指定路线向前移动，到达指定终点后，自动回到起点处。

Claims (3)

1.一种智能导游机器人的导游方法，其特征是，智能导游机器人包括导航定位装置（1）、语音交互单元（2）、驱动装置（3）、信息处理***（4）和蓄电池电源组（5），所述导航定位装置（1）、语音交互单元（2）、驱动装置（3）和蓄电池电源组（5）分别与信息处理***（4）连接；所述导航定位装置（1）由惯性导航装置（1-1）、视觉导航单元（1-2）和 WiFi定位单元（1-3）组成；所述语音交互单元（2）由话筒（2-1）和扩音器（2-2）组成，实现游览讲解以及与人对话交流；所述驱动装置（3）由行走小车（3-2）和电机（3-1）组成；所述信息处理***（4），包括惯性导航模块（4-1），图像识别处理模块（4-2），实时定位与建图模块（4-3），WiFi定位模块（4-4），语音交互模块（4-5），机器人驱动模块（4-6）和信息数据库（4-7）；所述蓄电池电源组（5）由锂离子电池组构成，作为智能导游机器人工作时的移动电源；导游的具体步骤为：
步骤一，基于WiFi构建室内环境地图：在智能导游机器人的导游区域内安装路由器，平均每10平方米范围安装一个，然后驱动机器人以1m×1m的密度对该区域的WiFi信号强度进行采样，并建立环境三维地图，采样数据和环境三维地图自动存入信息处理***（4）中的信息数据库（4-7）；
步骤二，基于视觉图片构建导游讲解数据库：将该区域内所有需要讲解的物品三维图片信息，相关语音介绍资料以及部分相关问题及语音解答资料存入信息数据库（4-7）；
步骤三，预定机器人行走路线：预先设定一条导游行走路线，当游客进入智能导游机器人视线范围时，机器人开始工作；
步骤四，WiFi信号获取及机器人定位：1）工作时首先利用WiFi定位单元（1-3）获取WiFi信号强度，传入WiFi定位模块（4-4），通过KNN算法定位机器人当前位置；2）在机器人移动过程中，机器人驱动模块（4-6）作用于驱动装置（3），蓄电池电源组（5）对驱动装置（3）供电，机器人开始移动并根据WiFi信号强度实时定位； 3）视觉导航单元（1-2）获取周围环境的三维图像信息，传入实时定位与建图模块（4-3），同时，结合惯性导航装置（1-1）记录的智能导游机器人的实时移动速度和方向信息通过惯性导航模块（4-1）处理，提高机器人的实时定位精度；
步骤五，进行导游讲解并与游客语音交流：在完成步骤四的过程中，同时完成环境三维图像数据的更新操作以及图像识别处理模块（4-2）对实时采集的环境三维图像中的物体进行匹配识别，当识别出需讲解物品时，信息处理***（4）通过机器人驱动模块（4-6）指示驱动装置（3）停止工作；此时，智能导游机器人停止运动，语音交互模块（4-5）从信息数据库（4-7）中提取与目标物品相关的语音资料信息，通过扬声器实现导游讲解功能；当游客提出问题时，智能导游机器人通过记录游客问题的语音信息并与信息数据库（4-7）中相关问题及相关解答资料进行自动匹配，然后输出语音解答，实现与游客的对话交流；
步骤六，机器人返回起点：智能导游机器人沿着指定路线向前移动，到达指定终点后，自动回到起点处。
2.根据权利要求1所述的一种智能导游机器人的导游方法，其特征是，所述惯性导航装置（1-1）包括加速度计和陀螺仪，加速度计用于记录智能导航机器人的速度变化，陀螺仪用于记录机器人的运动方向变化；所述视觉导航单元（1-2）由深度摄像头构成，负责实时采集周围环境三维图像；所述WiFi定位单元（1-3）由WiFi信号接收器组成，负责接收周围环境中不同路由器的信号强度。
3.根据权利要求1所述的一种智能导游机器人的导游方法，其特征是，所述惯性导航模块（4-1）与惯性导航装置（1-1）连接；所述图像识别处理模块（4-2）和实时定位与建图模块（4-3）均与视觉导航单元（1-2）连接；所述WiFi定位模块（4-4）与WiFi定位单元（1-3）连接；所述语音交互模块（4-5）与语音交互单元（2）连接；所述机器人驱动模块（4-6）与驱动装置（3）连接；所述信息数据库（4-7）分别与语音交互模块（4-5）、实时定位与建图模块（4-3）及图像识别处理模块（4-2）连接。
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