CN111959995A - 一种基于ros的垃圾分类语音交互*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于ROS的垃圾分类语音交互***，属于垃圾分类机器人领域。其图像识别模块包括物体识别模块和人脸识别模块；语音识别模块，根据采集的语音信息进行识别，其中人脸识别模块和语音识别模块可以对人属性信息进行接收，比如根据性别，年龄等信息进行更智能的回复；感应识别模块，在垃圾箱顶部，带有一个扫描装置，当用户手持垃圾准备放入垃圾箱的一刻，可以对垃圾进行扫描，从而识别出垃圾类别；当垃圾箱识别完成之后，如果正确，垃圾箱盖子会自动打开，用户就可以将垃圾放入到垃圾箱中。反之，垃圾箱的盖子则不会打开。本发明有效地解决了现有人们往垃圾桶里不知道该怎样正确投放的问题以及投放是否正确等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于ROS的垃圾分类语音交互***，属于垃圾分类机器人领域。
背景技术
目前全中国城市生活垃圾产生量一年已经超过2亿吨，带来的环境问题成为城市发展的一大“痛点”，垃圾分类的普及变得尤为重要，近年多种具备不同功能的智能垃圾箱正在各个小区陆续试点，比如北京某小区的一款智能垃圾桶，LED屏会实时更新国家垃圾分类的相应政策，演示分类步骤，还可以实时称重，结算积分，居民可以用积分兑换生活用品，另一款更加智能化的垃圾桶，桶身是由2700多个LED灯组成的显示屏，其内部装有传感器，当往里扔垃圾时，能自动识别扔的垃圾，随着智能垃圾桶浸入日常生活，垃圾分类的理念也会更加深入人心。
但是存在以下一些问题：
第一，价格昂贵；第二，效果一般，正确投放率比预期差很多；第三，居民参与积极性不高，投放了设备之后出现了使用率不高甚至是无人使用的情况，原来的传统垃圾箱大多被撤掉了，造成资源的浪费，而且投放垃圾时，业主必须扫码注册，输入小区名称、楼栋号、房号以及姓名和电话号码，担心隐私泄露。有些业主干脆懒得麻烦，就直接将垃圾扔在垃圾箱旁边。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于ROS的垃圾分类语音交互***，能充分利用已有的垃圾桶上进行改装并安装其装置，体现小巧，方便，智能化，充分的利用资源，有效地解决了现有人们往垃圾桶里不知道该怎样正确投放的问题以及投放是否正确等问题，能及时回复，方便城市垃圾管理和用户生活，每一次互动过程都是一堂环保小课程。
本发明采用的技术方案是：一种基于ROS的垃圾分类语音交互***，包括图像识别模块101，语音识别模块105，感应识别模块107，树莓派机器人109，语音播报模块110、分类垃圾箱、带盖的垃圾箱；
所述的图像识别模块101，包括分别与图像信息接收单元104连接的物体识别模块102和人脸识别模块103，用于识别图像信息；
所述的语音识别模块105，用于识别用户的语音信息；
所述的人脸识别模块103与语音识别模块105与人属性信息接收单元106连接；
所述的感应识别模块107安装在垃圾箱上且与感应信息接收单元108连接，包括太阳能发电装置、人体热能感应装置、激光扫描装置；
所述的树莓派机器人109上设有图像信息接收单元104、人属性信息接收单元106、感应信息接收单元108、语音播报模块110，树莓派机器人109与垃圾箱盖连接，用于根据图像信息接收单元104、人属性信息接收单元106、感应信息接收单元108的输入信息控制语音播报模块110输出语音信息、控制垃圾箱盖打开与否。
具体地，所述的树莓派机器人109在垃圾投放正确时才控制垃圾箱盖打开。
具体地，所述的图像识别模块采用相机，树莓派机器人109根据人脸识别模块103拍摄的人脸图像信息及语音识别模块105获取的语音信息，获取对应的性别、年龄段信息。
具体地，所述的树莓派机器人109内部还设有本地知识库1091、语音云服务模块1092、实时在线管理模块1093；本地知识库1091存储常规问题及答案，语音云服务模块1092在线连接通网络，实时在线管理模块1093，用于实时监控***运行状况，异常报警，及时修复。
具体地，所述的语音播报模块110输出的语音包括与使用者输出问题对应的回答信息、垃圾投放是否正确的信息、垃圾投放错误时应如何正确投放的信息。
具体地，所述的太阳能发电装置、人体热能感应装置、激光扫描装置均安装在垃圾箱的盖子上方。
优选地，所述的语音播报模块110输出语音信息包括语气。
本发明的有益效果是：本发明通过语音识别模块能够获取用户的语音信息，便于树莓派机器人能够对用户的问题做出相应的回答，而人脸识别模块能够获取用户年龄、性别等特征信息，便于机器人获取人属性特征信息，从而使得树莓派机器人能够对用户的问题做出对应合理的回答；感应识别模块107增加互动性，用于感应人靠近垃圾桶并准备投放垃圾那一刻，可以对垃圾进行扫描，进而便于树莓派机器人识别出垃圾类别及判断用户投放的垃圾是否正确。本发明整体结构简单，可以实现人机交互，方便用于正确投放垃圾，使用方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是本发明人脸识别模块的工作流程图；
图3是本发明感应识别模块的工作流程图；
图4是本发明树莓派机器人的部分结构图。
图中各标号为：图像识别模块-101、物体识别模块-102、人脸识别模块-103、图像信息接收单元-104、语音识别模块-105、人属性信息接收单元106、感应识别模块-107、感应信息接收单元108、树莓派机器人-109，语音播报模块-110、本地知识库-1091、语音云服务模块-1092、实时在线管理模块-1093。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。
实施例1：如图1-4所示，一种基于ROS的垃圾分类语音交互***，包括图像识别模块101，语音识别模块105，感应识别模块107，树莓派机器人109，语音播报模块110、分类垃圾箱、带盖的垃圾箱；
所述的图像识别模块101，包括分别与图像信息接收单元104连接的物体识别模块102和人脸识别模块103，用于识别图像信息；
所述的语音识别模块105，用于识别用户的语音信息；语音识别模块105采集用户语音时，可进行降噪，整合放大等处理，并即时的将处理的语音信息发送给树莓派机器人109，可以有效地提高机器人的沟通效率；
所述的人脸识别模块103与语音识别模块105与人属性信息接收单元106连接；
所述的感应识别模块107安装在垃圾箱上且与感应信息接收单元108连接，包括太阳能发电装置、人体热能感应装置、激光扫描装置；
所述的树莓派机器人109上设有图像信息接收单元104、人属性信息接收单元106、感应信息接收单元108、语音播报模块110，树莓派机器人109与垃圾箱盖连接，用于根据图像信息接收单元104、人属性信息接收单元106、感应信息接收单元108的输入信息控制语音播报模块110输出语音信息、控制垃圾箱盖打开与否。
所述的树莓派机器人109背景简要介绍包括：
树莓派：具有体积小，容易维护，性能稳定。支持连接丰富的传感单元，拥有众多开放资源等优点，相当于一台小型计算机，且价格吸引人，其后续的资源供应比较丰富，不存在短缺情况。
同时，还可以在树莓派上安装连接硬盘或网盘，连接上摄像头可以成为一个远程监控摄像头，进行拍照或视频拍摄实时传输。利用树莓派都可以实现这些智能功能，只需要将树莓派、各种传感器连接到各种设备，通过编程语言来控制传感器，编写自动化代码运行后就能实现智能设备的功能。综上，用树莓派来实现的现有垃圾桶上智能语音垃圾分类很适合。
ROS(Robot Operating System)作为一个在计算机上对机器人进行操作的一个开源灵活的操作***，其上的节点具有很大的随意性，比较灵活，它们可以位于不同的计算机上，甚至可以位于不同的网络上。其中任何一个节点均可以通过发布/订阅的方式与其他节点进行通信。另外，ROS还是一个开源的***，由专门的社区维护。提供一系列程序库和工具以帮助软件开发者创建机器人应用软件。
ROS包含一个超级管理员ROS Master,ROS Master管理***中所有节点，各个节点之间通过发布消息与订阅消息进行相互通信。从而使连接在树莓派上的各个模块配合工作，比如收集图像信息的摄像头和收集语音的麦克风阵列两者合作完成人属性信息的收集，感应识别出物体一些特性，然后树莓派机器人109进行信息处理，最后给出相应的语音播报。
进一步地，所述的树莓派机器人109在垃圾投放正确时才控制垃圾箱盖打开。由于本发明包括物体识别模块102和感应识别模块107，树莓派机器人109可以根据物体识别模块102拍摄的垃圾的照片和激光扫描装置对垃圾的扫描，就可以判断出垃圾的类别，也就可以知道用户投入的垃圾箱是否正确，如果正确就控制垃圾箱盖打开，如果不正确就提醒用户投放不正确，同时不会打开垃圾箱盖。
进一步地，所述的图像识别模块采用相机，树莓派机器人109根据人脸识别模块103拍摄的人脸图像信息及语音识别模块105获取的语音信息，获取对应的性别、年龄段信息。人脸对应的性别和年龄以及所述用户的语音信息共同确定的语音输出信息进一步的使得机器人更加智能化。
进一步地，所述的树莓派机器人109内部还设有本地知识库1091、语音云服务模块1092、实时在线管理模块1093；本地知识库1091存储常规问题及答案，语音云服务模块1092在线连接通网络，实时在线管理模块1093，用于实时监控***运行状况，异常报警，及时修复。用于投放垃圾前可以问树莓派机器人109自己要投放的垃圾属于什么类别，树莓派机器人109收到该语音信息后可以先通过本地知识库1091搜索答案并通过语音播报模块110告知用户，如果本地知识库1091中没有搜索到答案则自动通过语音云服务模块1092从网络中获取答案，然后告知用户，也可以不通过本地知识库1091，直接通过语音云服务模块1092从网络中获取答案，然后告知用户，但当网络出现问题时，就必须从本地知识库1091中搜索答案。
进一步地，所述的语音播报模块110输出的语音包括与使用者输出问题对应的回答信息、垃圾投放是否正确的信息、垃圾投放错误时应如何正确投放的信息。所述语音输出装置110的声音大小可以智能调控。
进一步地，所述的太阳能发电装置、人体热能感应装置、激光扫描装置均安装在垃圾箱的盖子上方。
进一步地，所述的语音播报模块110输出语音信息包括语气，语音和语气的结合可以在不同的情况下表达出不同的语气，更加智能化，更加贴近生活。
下面结合几个具体的例子对本发明作简要说明。
例1：当获取到的人脸对应的年龄为年迈时或者获取到用户的语音信息为“你说什么”“我听不清”“再说一遍”时，所述语音输出装置110能够自动适当的增加音量。
例2：当用户靠近垃圾箱时，树莓派机器人109根据人脸识别模块103拍摄的照片结合语音识别模块105的信息判断出用户的性别及年龄段信息(当然，如果用户没有说话，树莓派机器人109仅凭人脸识别模块103拍摄的照片也可以做出这些判断，结合语音识别模块105的信息更加准确)，若确定人脸对应的性别与年龄分别为男、青年；则输出的语音信息为“先生，恭喜你，投对了”，如果确定为女，年幼时，则输出语音信息为“小妹妹，果皮属于有机垃圾，应该投入不可回收垃圾喔”。此处仅是举例，可以输出的语音有很多种类，不再一一列举。
例3：当用户准备投垃圾，其接近垃圾箱时，人体热能感应装置将感应到的人体信息发送给树莓派机器人109，用户将垃圾靠近垃圾箱盖上方时，激光扫描装置对垃圾进行扫描，树莓派机器人109根据激光扫描装置的扫描结果，结合物体识别模块102拍摄的图像，判断是否投对，若为否则语音提醒用户该垃圾属于什么垃圾，应该往哪里准确投放，以达到语音垃圾智能分类的目的；若为是，则打开垃圾箱盖子，并回复“恭喜你，投对了”。
本发明热感识别到人靠近垃圾桶，准备投放垃圾那一刻，可以对垃圾进行扫描，从而识别出垃圾类别；当垃圾箱识别完成之后，如果正确，垃圾箱盖子会自动打开，用户就可以将垃圾放入到垃圾箱中。反之，垃圾箱的盖子则不会打开，更智能化，更方便。感应识别模块还可进行光感收集，为树莓派机器人提供电能，节约资源。
本发明可以使用树莓派机器人通过语音交互***来帮助人们进行垃圾分类。由于部分用户搞不懂什么是可回收垃圾，这个就可以帮助我们对垃圾进行分类。树莓派小巧方便，可直接安装于原有垃圾桶里，节约资源；该***可根据用户的语音输入，根据本地知识库和连接云服务给出对应的回应，帮助正确分类垃圾，还可以根据传感器感应用户是否投错了，给出提示，告诉用户应该把对应垃圾投递在哪个垃圾桶内。
本发明实施例提供的基于ROS的垃圾分类语音交互***通过用户语音信息采集装置能够获取用户的语音信息，便于机器人能够对用户的问题做出相应的回答，而图像信息采集装置能够获取用户性别年龄等人属性特征信息，从而使得机器人能够更智能的做出相应的回答。
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。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求限定的范围之内。
Claims (7)
1.一种基于ROS的垃圾分类语音交互***，其特征在于，包括图像识别模块(101)，语音识别模块(105)，感应识别模块(107)，树莓派机器人(109)，语音播报模块(110)、分类垃圾箱、带盖的垃圾箱；
所述的图像识别模块(101)，包括分别与图像信息接收(104)连接的物体识别模块(102)和人脸识别模块(103)，用于识别图像信息；
所述的语音识别模块(105)，用于识别用户的语音信息；
所述的人脸识别模块(103)与语音识别模块(105)与人属性信息接收单元(106)连接；
所述的感应识别模块(107)安装在垃圾箱上且与感应信息接收单元(108)连接，包括太阳能发电装置、人体热能感应装置、激光扫描装置；
所述的树莓派机器人(109)上设有图像信息接收单元(104)、人属性信息接收单元(106)、感应信息接收单元(108)、语音播报模块(110)；树莓派机器人(109)与垃圾箱盖连接，用于根据图像信息接收单元(104)、人属性信息接收单元(106)、感应信息接收单元(108)的输入信息控制语音播报模块(110)输出语音信息、控制垃圾箱盖打开与否。
2.根据权利要求1所述的基于ROS的垃圾分类语音交互***，其特征在于：所述的树莓派机器人(109)在垃圾投放正确时才控制垃圾箱盖打开。
3.根据权利要求1所述的基于ROS的垃圾分类语音交互***，其特征在于：所述的图像识别模块采用相机，树莓派机器人(109)根据人脸识别模块(103)拍摄的人脸图像信息及语音识别模块(105)获取的语音信息，获取对应的性别、年龄段信息。
4.根据权利要求1所述的基于ROS的垃圾分类语音交互***，其特征在于：所述的树莓派机器人(109)内部还设有本地知识库(1091)、语音云服务模块(1092)、实时在线管理模块(1093)；本地知识库(1091)存储常规问题及答案，语音云服务模块(1092)在线连接通网络，实时在线管理模块(1093)，用于实时监控***运行状况，异常报警，及时修复。
5.根据权利要求4所述的基于ROS的垃圾分类语音交互***，其特征在于：所述的语音播报模块(110)输出的语音包括与使用者输出问题对应的回答信息、垃圾投放是否正确的信息、垃圾投放错误时应如何正确投放的信息。
6.根据权利要求1所述的基于ROS的垃圾分类语音交互***，其特征在于：所述的太阳能发电装置、人体热能感应装置、激光扫描装置均安装在垃圾箱的盖子上方。
7.根据权利要求1所述的基于ROS的垃圾分类语音交互***，其特征在于：所述的语音播报模块(110)输出语音信息包括语气。
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