CN105832073A - 一种智能交互的情感呵护抱枕机器人*** - Google Patents

一种智能交互的情感呵护抱枕机器人*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于云计算的智能交互的情感呵护抱枕机器人，包括抱枕机器人、智能手机和云端。所述抱枕机器人包括微型计算机、传感器、功能模块和电源，传感器包括温度传感器、心率传感器、呼吸频率传感器和拍打频率传感器，功能模块包括模拟心跳模块、语音模块、模拟呼吸模块、发热模块和拍打模块等。所述云端利用智能手机采集的数据和传感器采集的ECG信号实现多模态的情感识别。所述智能手机将采集到的情感大数据传送到云端，经过云端处理后判断出用户的生理状态(包括心跳、呼吸、拍打和体温)和心情并将其通过抱枕机器人反馈给对方，双方可以彼此感受到对方的生理和心理状态，从而实现基于机器人的人与人之间的真实交互。

Description

一种智能交互的情感呵护抱枕机器人***
技术领域
本发明属于医疗健康设备技术领域，更具体地，涉及一种智能交互的情感呵护抱枕机器人***。
背景技术
随着物联网，5G，云端等技术的发展，人们越来越关注精神层面的生活，特别是情感的感知与交互，如何实现人与人之间远端的感知与交互仍面临着挑战，现存的远端交互***主要关注语音和视频的交流，很难满足人们的情感需求。所以能够通过一些设备进行人与人之间真实的交互至关重要，特别对于那些长期出差或从事特殊工作的人群，比如海员等。
随着人机交互技术的进步，基于机器人进行交互越来越受到关注。特别是一些携带方便的机器人，比如抱枕机器人。虽然现在很多专利基于抱枕机器人设计了很多实用的功能。比如专利申请号为201020576249.4的实用新型专利申请具有普通抱枕和音响的功能；专利申请号为201020655768.X实用新型专利申请具有普通抱枕和遥控器功能；专利申请号为200420013280.1实用新型专利申请具有普通抱枕和电热功能。但是这些机器人功能比较单一且难以对用户的健康和情绪进行监护与抚慰。并且传统的认知机器人主要是实现了人与机器人的交互，而不是实现两个人通过机器人进行交互。
发明内容
本发明克服了上述现有技术中的不足，提供了一种具有真实触觉，能够模拟呼吸、心跳和体温，并结合云端情感数据分析得到对方心理情绪。本发明不仅能让一方感受到另一方的心跳、体温，还能感受到对方的心情，给人较为真实的互动感觉，具有较好的情绪安抚功能，实现了健康的照护和情感的呵护。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供的一种智能互动的情感呵护抱枕机器人***，它包括至少两个抱枕机器人、智能手机和云端，其中：
所述抱枕机器人包括微型计算机、传感器和功能模块，所述传感器包括语音传感器、温度传感器、心率传感器、呼吸频率传感器、力度传感器和拍打频率传感器，所述功能模块包括语音模块、发热模块、模拟心跳模块、模拟呼吸模块、拥抱模拟模块和拍打模块；
所述微型计算机与己方抱枕机器人的功能模块和云端通信相连，用于将通过云端接收的对方抱枕机器人采集的信号经过处理后发送给己方抱枕机器人的功能模块；
所述智能手机用于收集用户电话、短信、手机应用的使用记录以及用户的位置和活动状态；
所述云端利用智能手机采集的数据和传感器信号实现多模态的情感识别。
温度传感器用来检测用户脸部的温度，拍打频率传感器用来检测用户对抱枕机器人背部的拍打频率，心率传感器用于检测用户的心跳频率，呼吸传感器用于检测呼吸时腹部起伏的频率，各检测信号都提供给微型计算机。
模拟心跳模块接收微型计算机提供的互动对方检测的心跳频率，并根据该心跳频率模拟互动对方的心跳。
模拟呼吸模块接收微型计算机提供的互动对方检测的呼吸时腹部起伏的频率，并根据该呼吸时腹部起伏的频率模拟互动对方的呼吸。
所述智能手机作为一种便携设备，能够比较直接的反应出用户的日常生活习惯进而反应出用户的心情状态，主要用于收集用户电话、短信、手机应用的使用记录以及用户的位置和活动状态等信息。
较优地，所述智能手机每隔10分钟收集一次数据，收集的数据还包括日期和时间，并利用手机让用户对自己的情感进行标识，作为情感数据的标签。
所述智慧衣是将可穿戴式的柔性纺织传感器整合到相关的纺织产品上，用于收集用户的ECG信号，能很直观的反映出人的情感。
所述云端利用智能手机采集的数据和智慧衣采集的ECG信号实现多模态的情感识别。所述云端对数据进行预处理，特征提取，进行情感识别，最终给出用户的情绪。
较优地，数据的预处理包括数据的清洗，数据的集成和数据的降维。即将数据中的一些缺失值剔除掉，对ECG中的数据的噪声进行过滤，将日期、时间以及用户的手机使用的情况等属性进行聚类。对高维数据进行降维处理。
特征提取主要是从手机采集的统计数据，时间序列数据中得到其特征，统计数据包括打电话的次数，发短信的次数和使用手机应用的次数。时间序列数据主要包括用户的GPS数据和用户加速度数据，利用DBSCAN的聚类方法，可以得到用户的位置是家庭、办公室，还是户外。对智慧衣采集的ECG数据，利用卷积神经网络提取特征。
利用连续条件随机场对上面的特征进行情感识别，连续条件随机场是一个无向图模型，对时间序列的标注和切分具有较好的结果。
进一步，所述移动终端将采集到的情感大数据传送到云端，经过云端处理后判断出用户的生理状态(包括心跳、呼吸、拍打和体温)和心情并将其通过抱枕机器人反馈给对方。
本发明提出的抱枕机器人，通过智能手机和智慧衣采集的时序信号，在云端根据连续条件随机场模型分别给出用户基于智能手机和智慧衣的情感状态，并通过决策层融合给出用户的心情，并将用户的实时心情状态传递给对方的抱枕机器人，实现了基于云端的人与人之间的情感感知和交互。本发明利用抱枕机器人实现情感的照护，可以让双方感受到彼此的体温、心跳以及情绪。当一方用户的心情低落时，另一方可以利用抱枕机器人去安抚其情绪。
附图说明
图1为本实施例的智能交互抱枕机器人的***示意图；
图2为本实施例的抱枕机器人的结构示意图，其中(a)为该抱枕机器人正面，(b)为背面；
图3为本实施例的智能交互抱枕机器人的功能流程图；
图4为本实施例的智能手机应用界面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供的智能交互的情感呵护抱枕机器人包括人形毛绒抱枕机器人1、移动终端(包括手机2和用户身穿的智慧衣3)和云端4。
所述抱枕机器人如图2所示，包括微型计算机5、传感器(包括语音传感器6、温度传感器7、心率传感器8、呼吸频率传感器9、力度传感器10和拍打频率传感器11)、功能模块(包括语音模块12、呼吸模拟模块13、心跳模拟模块14、拥抱模拟模块15、拍打模拟模块16和发热模块17)和电源。
语音传感器6安装在人形毛绒抱枕的耳朵处，用于检测用户的声音信号。该传感器将采集到的声音信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人。语音模块12安装在人形毛绒抱枕的嘴部，微型计算机将接收的语音信号传给该模块，使其发出相应的声音。
温度传感器7安装在人形毛绒抱枕的脸部，用来检测用户脸部的温度。该传感器将采集到的温度信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人。发热模块17安装在人形毛绒抱枕的脸部，微型计算机将接收的温度信号传给该模块，使其模拟体温。
心率传感器8安装在人形毛绒抱枕的胸部，用于检测用户的心跳频率。该传感器将采集到的心率信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人。心跳模拟模块14安装在人形毛绒抱枕的胸部，微型计算机将接收的心率信号传给该模块，使其模拟心脏的跳动。
呼吸频率传感器9安装在人形毛绒抱枕的腹部，用于检测呼吸时腹部起伏的频率。该传感器将采集到的呼吸频率信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人。呼吸模拟模块13安装在人形毛绒抱枕的腹部，微型计算机将接收的呼吸频率信号传给该模块，使其模拟呼吸。
力度传感器10安装在人形毛绒抱枕的背部，用于检测用户对互动抱枕机器人的拥抱力度。该传感器将采集到的力度信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人。拥抱模拟模块15为一对，安装在人形毛绒抱枕的两个手臂处，微型计算机将接收的力度信号传给该模块，使其模拟拥抱时手臂的压力作用。
拍打频率传感器11安装在人形毛绒抱枕的背部，用于检测用户对抱枕机器人背部的拍打频率。该传感器将采集到的拍打频率信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人。拍打模拟模块16安装在人形毛绒抱枕的手部，微型计算机将接收的拍打频率信号传给该模块，使其模拟手的拍打。
各种传感器对数据信息的获取功能以及各模拟模块工作原理作为本领域普通技术人员都能掌握的常规技术手段，在此就不一一详述了。
如图3所示，利用抱枕机器人1、智能手机2和智慧衣3进行数据收集18。抱枕机器人1主要收集用户的生理信息，如体温、呼吸、心跳等。智能手机2主要用于收集用户电话、短信、手机应用的使用记录以及用户的位置和活动状态等信息。智慧衣3主要用于收集ECG数据。云端4对数据进行预处理20，特征提取21，情感检测22，决策层融合23来进行情感数据分析19，最后抱枕机器人1通过功能模块对人进行真实模拟来情感呵护24。
其中，数据的预处理20包括数据的清洗，数据的集成和数据的降维。即将数据中的一些缺失值剔除掉，对ECG中的数据的噪声进行过滤，将日期、时间以及用户的手机使用的情况等属性进行聚类，对高维数据进行降维处理。
特征提取21主要是从手机采集的统计数据，时间序列数据中得到其特征，统计数据包括打电话的次数，发短信的次数和使用手机应用的次数。时间序列数据主要包括用户的GPS数据和用户加速度数据，利用DBSCAN的聚类方法，可以得到用户的位置是家庭、办公室，还是户外。对智慧衣采集的ECG数据，利用卷积神经网络提取特征。
情感识别22采用了连续条件随机场的方法，对上面的特征进行情感建模，连续条件随机场是一个无向图模型，对时间序列的标注和切分具有较好的结果。
实施例一
在本实施例中，用户拥抱抱枕机器人，嵌入到抱枕机器人的手机可实现用户之间的通话时的视频显示，如图4所示，为手机软件界面。31显示对方的视频图像，32显示对方的生理和心理状态，33显示自己的生理和心理状态。其中，25代表心情，26代表体温，27代表心率，28代表地理位置，29代表移动速率，30为对抱枕的拥抱力。
该实施例中，假如父母出差，小孩子需要和父母暂时分开一下。这时候父母通过拥抱抱枕机器人和手机应用显示，能够感到孩子的体温、心跳、生理状态和心情，从而父母可以做出相应的措施，如果孩子情绪不好，可以拥抱抱枕机器人并轻轻拍打背部，这些行为都通过抱枕最终反馈到孩子的抱枕。相应地，孩子拥抱抱枕机器人，该抱枕模拟父母的行为，可以让孩子感受到父母的拥抱和抚慰，使得孩子感觉不再孤独。
对于朋友之间的通话，通过拥抱抱枕机器人和手机应用显示，能够感觉到对方的生理和心理状态。比如：当对方心情比较消极时，可以安慰对方；当对方对所说的话题不感兴趣时，可以更改话题等。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，包括至少两个抱枕机器人、智能手机和云端，其中：
所述抱枕机器人包括微型计算机、传感器和功能模块，所述传感器包括语音传感器、温度传感器、心率传感器、呼吸频率传感器、力度传感器和拍打频率传感器，所述功能模块包括语音模块、发热模块、模拟心跳模块、模拟呼吸模块、拥抱模拟模块和拍打模块；
所述微型计算机与己方抱枕机器人的功能模块和云端通信相连，用于将通过云端接收的对方抱枕机器人采集的信号经过处理后发送给己方抱枕机器人的功能模块；
所述智能手机用于收集用户电话、短信、手机应用的使用记录以及用户的位置和活动状态；
所述云端利用智能手机采集的数据和传感器信号实现多模态的情感识别：对数据进行预处理，特征提取，进行情感识别，最终给出用户的情绪。
2.如权利要求1所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，所述温度传感器安装在抱枕机器人的脸部，用来检测用户脸部的温度，温度传感器将采集到的温度信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人；所述发热模块安装在抱枕机器人的脸部，微型计算机将接收的温度信号传给该发热模块，使其模拟体温。
3.如权利要求1或2所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，所述语音传感器安装在抱枕机器人的耳朵处，用于检测用户的声音信号；语音传感器将采集到的声音信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人；所述语音模块安装在抱枕机器人的嘴部，微型计算机将接收的语音信号传给语音模块，使其发出相应的声音。
4.如权利要求1或2所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，心率传感器安装在抱枕机器人的胸部，用于检测用户的心跳频率；心率传感器将采集到的心率信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人；心跳模拟模块安装在抱枕机器人的胸部，微型计算机将接收的心率信号传给心跳模拟模块，使其模拟心脏的跳动。
5.如权利要求1或2所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，呼吸频率传感器安装在抱枕机器人的腹部，用于检测呼吸时腹部起伏的频率；呼吸频率传感器将采集到的呼吸频率信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人；呼吸模拟模块安装在抱枕机器人的腹部，微型计算机将接收的呼吸频率信号传给呼吸模拟模块，使其模拟呼吸。
6.如权利要求1或2所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，力度传感器安装在抱枕机器人的背部，用于检测用户对互动抱枕机器人的拥抱力度；力度传感器将采集到的力度信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人；拥抱模拟模块为一对，分别安装在抱枕机器人的两个手臂处，微型计算机将接收的力度信号传给拥抱模拟模块，使其模拟拥抱时手臂的压力作用。
7.如权利要求1或2所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，拍打频率传感器安装在抱枕机器人的背部，用于检测用户对抱枕机器人背部的拍打频率；拍打频率传感器将采集到的拍打频率信号量化成数字信号，通过微型计算机处理后传送给对方抱枕机器人；拍打模拟模块安装在抱枕机器人的手部，微型计算机将接收的拍打频率信号传给拍打频率传感器，使其模拟手的拍打。
8.如权利要求1或2所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，所述云端对数据进行预处理，特征提取，进行情感识别，最终给出用户的情绪。
9.如权利要求1或2所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，所述传感器为可穿戴式的柔性纺织传感器，将其整合到相关的纺织产品上，形成智慧衣。
10.如权利要求1或2所述的智能交互的情感呵护抱枕机器人***，其特征在于，所述智能手机每隔10分钟收集一次数据，收集的数据包括日期和时间，利用智能手机让用户对自己的情感进行标识，作为情感数据的标签。
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