CN220575934U - 一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人及其控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人及其控制***，包括机器人壳体、控制器、电源组件、图像采集模块、显示屏、驱动模块和无线通讯模块；控制器与电源组件电气连接，控制器输入端与图像采集模块输出端电气连接，控制器输出端与显示屏输入端、驱动模块控制端电气连接，控制器数据端与无线通讯模块数据端电气连接，无线通讯模块用于与外部的远程控制终端无线连接；图像采集模块配置为采集使用者的坐姿与面部特征图像信息；显示屏配置为投放使用者当前的工作时长，并播放可视化的放松方案；驱动模块配置为带动所述机器人壳体的移动与旋转。此外，现有健康管理桌面机器人存在易受干扰、存在感知和定位的精度低、稳定性差的问题。

Description

一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人及其控制***

技术领域

本实用新型涉及健康管理桌面机器人技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人及其控制***。

背景技术

当前市面上的健康管理桌面机器人技术方案主要包括以下几个方面：机械结构方面，健康管理桌面机器人通常采用轻量化、紧凑型的机械结构，以适应小型的工作空间和高效的运动控制需求，常见的机械结构包括臂式、车式、球形等；感知与定位方面，为了实现桌面机器人的自主导航和避障功能，需要配备各种传感器和算法进行环境感知和位置定位，常用的传感器包括激光雷达、摄像头、超声波传感器等；运动方面，健康管理桌面机器人需要对其机械结构进行精细的运动控制，包括关节角度控制、路径规划、速度控制等，目前广泛采用的运动控制技术包括PID控制、模型预测控制、最优控制等；人机交互方面，健康管理桌面机器人需要与人类用户进行交互，以完成各种任务，目前采用的交互方式包括语音识别、姿态识别、手势识别等，同时还需要设计人性化的用户界面和交互方式；任务规划与执行方面，健康管理桌面机器人需要具备灵活的任务规划和执行能力，可以根据用户需求自主完成各种任务，常见的任务包括物品搬运、文件整理、环境监测等，需要结合各种算法和技术进行规划和执行。

但是，现市面上的健康管理桌面机器人大多都存在功能性较弱、感知和定位的精度不够高、运动控制的稳定性和精度有待提高的缺点。其中，目前市场上的健康管理桌面机器人大多以陪伴为主，以新奇作为卖点，有限的功能，通常只能执行预设的任务，不具有实际意义上的用途，因此功能性较弱；虽然目前常见的健康管理桌面机器人已经广泛采用各种传感器进行环境感知和位置定位，但是在复杂的工作环境中，这些传感器可能会受到干扰或误差，导致机器人行动异常或无法正确执行任务，因而存在感知和定位的精度不够高的问题；最后，健康管理桌面机器人的运动控制需要实现高精度、高速度的运动，以适应办公桌等小型空间的操作需求，但目前部分运动控制算法的稳定性和精度还需要进一步提高。

有鉴于此，提出本申请。

实用新型内容

本实用新型公开了一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人及其控制***，能有效解决现有技术中的健康管理桌面机器人存在功能性较弱、感知和定位的精度不够高、运动控制的稳定性和精度有待提高的缺点。

本实用新型公开了一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,包括：机器人壳体、配置在所述机器人壳体上的控制器、电源组件、图像采集模块、显示屏、驱动模块和无线通讯模块；

其中，所述控制器与所述电源组件电气连接，所述控制器的输入端与所述图像采集模块的输出端电气连接，所述控制器的输出端与所述显示屏的输入端、所述驱动模块的控制端电气连接，所述控制器的数据端与所述无线通讯模块的数据端电气连接，所述无线通讯模块用于与外部的远程控制终端无线连接；

其中，所述图像采集模块配置为采集使用者的坐姿与面部特征图像信息；

其中，所述显示屏配置为投放使用者当前的工作时长，并播放可视化的放松方案；

其中，所述驱动模块配置为带动所述机器人壳体的移动与旋转。

优选地，所述控制器为STM32C8T6单片机。

优选地，所述电源组件包括供电电池、以及电源管理模块；其中，所述供电电池与所述电源管理模块电气连接，所述电源管理模块与所述控制器电气连接。

优选地，所述驱动模块为直流无刷电机模块。

优选地，所述无线通讯模块为WIFI蓝牙模块。

优选地，还包括语音模块，所述控制器的输出端与所述语音模块的输入端电气连接。

优选地，还包括指示灯模块，其中，所述控制器的输出端与所述指示灯模块的输入端电气连接。

优选地，还包括声音预警模块，其中，所述控制器的输出端与所述声音预警模块的输入端电气连接。

本实用新型还公开了一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人控制***,包括远程控制终端以及如上任意一项所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人，其中，所述无线通信模块与所述远程控制终端无线连接，进行数据交互。

综上所述，本实施例提供的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人及其控制***，结合了机器视觉与物联网这两大时下热点技术，将其应用在健康管理方面，通过分析使用者的坐姿与面部特征来判断其是否处于疲劳状态，再根据使用者的需求来通过WiFi或蓝牙控制屋内的智能家居，从而搭建良好的休息环境。从而解决了现有技术中的健康管理桌面机器人存在功能性较弱、感知和定位的精度不够高、运动控制的稳定性和精度有待提高的缺点。

附图说明

图1是本实用新型第一方面提供的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人的结构示意图。

图2是本实用新型第二方面提供的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人的结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人控制***的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

请参阅图1至图2，本实用新型的第一实施例提供了一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,包括：机器人壳体1、配置在所述机器人壳体1上的控制器2、电源组件3、图像采集模块4、显示屏5、驱动模块6和无线通讯模块7；

其中，所述控制器2与所述电源组件3电气连接，所述控制器2的输入端与所述图像采集模块4的输出端电气连接，所述控制器2的输出端与所述显示屏5的输入端、所述驱动模块6的控制端电气连接，所述控制器2的数据端与所述无线通讯模块7的数据端电气连接，所述无线通讯模块7用于与外部的远程控制终端无线连接；

其中，所述图像采集模块4配置为采集使用者的坐姿与面部特征图像信息；

其中，所述显示屏5配置为投放使用者当前的工作时长，并播放可视化的放松方案；

其中，所述驱动模块6配置为带动所述机器人壳体的移动与旋转。

在本实施例中，还包括语音模块8，所述控制器2的输出端与所述语音模块8的输入端电气连接。

现市面上的健康管理桌面机器人大多都存在功能性较弱、感知和定位的精度不够高、运动控制的稳定性和精度有待提高的缺点。其中，目前市场上的健康管理桌面机器人大多以陪伴为主，以新奇作为卖点，有限的功能，通常只能执行预设的任务，不具有实际意义上的用途，因此功能性较弱；虽然目前常见的健康管理桌面机器人已经广泛采用各种传感器进行环境感知和位置定位，但是在复杂的工作环境中，这些传感器可能会受到干扰或误差，导致机器人行动异常或无法正确执行任务，因而存在感知和定位的精度不够高的问题；最后，健康管理桌面机器人的运动控制需要实现高精度、高速度的运动，以适应办公桌等小型空间的操作需求，但目前部分运动控制算法的稳定性和精度还需要进一步提高。

具体地，在本实施例中，所述机器人壳体2可以采用瓦力机器人的形式，并在其内部扩充智能模块。由于所述基于机器视觉的健康管理桌面机器人立足于桌面级别机器人，结构设计要稳定且空间占比不大，因此，整体体积内部电路板位置的安放需要紧凑，还要不影响走线。内部采用铜柱固定电路主板，竖装一部分电路板，在顶部留有屏幕空间，方便调试和改装。底盘结构使用尼龙打印和履带式设计，为保证机器人运行稳定性，底部履带中添加微型弹簧，具备一定的避震性能，以确保在正常使用过程中不会发生倾斜或抖动等问题。所述显示屏5可以为触摸显示屏，所述显示屏5倾角在25度左右，符合人体工程学视觉舒适体验范围，通过所述显示屏5的触摸按键方便用户可以舒适的操作它。为了易于维护，机器人身上四颗主要螺丝拆卸下后，即可拆解更换机器人所有故障零部件。为保证用户的使用安全性，我们机器人在多处设置橡胶倒角，防止用户碰伤的同时还能保护机器人内部结构及电路板，并在多处设置绝缘处理，防止漏电的可能。

在本实施例中，所述基于机器视觉的健康管理桌面机器人包括电源管理模块、MCU控制芯片、摄像头模块、直流无刷电机、语音模块、TFT_LCD屏幕；内部结构紧凑，布局合理，最大化的利用到了空间，同时也解决了MCU的散热问题。所述电源组件3的电源管理模块用于进行电池的充电管理、电源保护、以及电池电量检测。所述控制器2主要用于获取摄像头的数据，并进行图像处理，同时控制无刷电机进行移动；在识别到人体与面部的时候进行实时识别，开始计算工作时间、判断坐姿与疲劳程度。所述图像采集模块4可以为摄像头模块，主要用于提供图像给所述控制器。所述驱动模块6用于控制机器人的移动与旋转。所述显示屏5用于实时投放当前工作时长，当检测到坐姿不正确或疲劳工作的时候播放可视化的放松方案。

所述基于机器视觉的健康管理桌面机器人通过视觉模块与运动模块的协调进行人像锁定，并在成功锁定后开始实时识别使用者的坐姿与面部特征，从而可得出以下数据：使用者的工作时长、坐姿情况、疲劳程度、不良坐姿时长、良好坐姿时长，并将这些数据显示在屏幕中。在使用者工作时间过长或检测到面部疲劳的特征时，该设备会进行移动提醒，并将可视化的放松方案显示在屏幕中。同时还可根据用户的需求来通过WiFi或蓝牙控制家中智能家居，来营造适宜的休息环境。

在本实用新型一个可能的实施例中，所述控制器2可以为STM32C8T6单片机。

具体地，在本实施例中，所述STM32C8T6单片机是一种集成电路芯片，是一个小而完善的微型计算机***；所述STM32C8T6单片机由于内部构造简单，体积小，成本低廉，在控制器中应用广泛。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型结构的控制器，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型一个可能的实施例中，所述电源组件3包括供电电池31、以及电源管理模块32；其中，所述供电电池31与所述电源管理模块32电气连接，所述电源管理模块32与所述控制器2电气连接。

具体地，在本实施例中，所述供电电池31可以为锂电池；所述电源管理模块32可以为电源管理芯片(Power Management Integrated Circuits)，电源管理芯片是在电子设备***中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片，主要负责识别CPU供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的电源组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型一个可能的实施例中，所述驱动模块6可以为直流无刷电机模块。

具体地，在本实施例中，所述直流无刷电机是由电动机主体和驱动器组成的一种同步电机，也是一种典型的机电一体化产品。直流无刷电机具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构，可以低速大功率运行；不仅体积小、重量轻，而且稳定性好、效率高，因此应用十分广泛。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的驱动模块，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型一个可能的实施例中，所述无线通讯模块7可以为WIFI蓝牙模块。

具体地，在本实施例中所述WIFI蓝牙模块集成了传统蓝牙、低功耗蓝牙和Wi-Fi，支持的数据传输速率高达150Mbps，天线输出功率达到20.5dBm，可实现最大范围的无线通信，在高集成度、无线传输距离、功耗以及网络联通等方面性能极佳。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的无线通讯模块，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型一个可能的实施例中，还包括指示灯模块9，其中，所述控制器2的输出端与所述指示灯模块9的输入端电气连接。

在本实施例中，还包括声音预警模块10，其中，所述控制器2的输出端与所述声音预警模块10的输入端电气连接。

具体地，在本实施例中，所述指示灯模块9可以为LED指示灯，所述声音预警模块10可以为蜂鸣器，其主要是用于当所述基于机器视觉的健康管理桌面机器人出现异常时，产生相关的灯光提示和声音提示，即产生光报警信号和声报警信号，以提醒使用者。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的指示灯模块和声音预警模块，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。

综上，所述基于机器视觉的健康管理桌面机器人结合了机器视觉与物联网这两大时下热点技术，将其应用在健康管理方面，通过分析使用者的坐姿与面部特征来判断其是否处于疲劳状态，再根据使用者的需求来通过WiFi或蓝牙控制屋内的智能家居，从而搭建良好的休息环境。且其内部的结构紧凑，在保证散热的同时充分利用了每一处空间。底盘结构使用尼龙打印件与履带式设计，同时在底部履带中添加了微型弹簧，具备一定的减震、避震性能。在外壳与内部结构的连接上，仅设计了四颗主螺丝来固定外壳，在需要更改外壳或维修内部硬件时只需拆卸这四颗螺丝即可。简单来说，所述基于机器视觉的健康管理桌面机器人与目前市面上已有的桌面机器人相比，充分利用了机器人内部的资源，同时大大提高了其集成度；使其在不改变体积的前提下能够实现更多的功能例如人体姿态检测、面部特征识别及物联网功能。还设计了可快拆式外壳，方便使用者进行维护或者改装；外壳采取3D打印的技术生成，只要主螺丝孔位能够对应上，即可更换任意形状的外壳。

请参阅图3，本实用新型的第二实施例提供了一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人控制***,包括远程控制终端11以及如上任意一项所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人，其中，所述无线通信模块7与所述远程控制终端11无线连接，进行数据交互。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,其特征在于，包括：机器人壳体、配置在所述机器人壳体上的控制器、电源组件、图像采集模块、显示屏、驱动模块和无线通讯模块；

其中，所述控制器与所述电源组件电气连接，所述控制器的输入端与所述图像采集模块的输出端电气连接，所述控制器的输出端与所述显示屏的输入端、所述驱动模块的控制端电气连接，所述控制器的数据端与所述无线通讯模块的数据端电气连接，所述无线通讯模块用于与外部的远程控制终端无线连接；

其中，所述图像采集模块配置为采集使用者的坐姿与面部特征图像信息；

其中，所述显示屏配置为投放使用者当前的工作时长，并播放可视化的放松方案；

其中，所述驱动模块配置为带动所述机器人壳体的移动与旋转。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,其特征在于，所述控制器为STM32C8T6单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,其特征在于，所述电源组件包括供电电池、以及电源管理模块；其中，所述供电电池与所述电源管理模块电气连接，所述电源管理模块与所述控制器电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,其特征在于，所述驱动模块为直流无刷电机模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,其特征在于，所述无线通讯模块为WIFI蓝牙模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,其特征在于，还包括语音模块，所述控制器的输出端与所述语音模块的输入端电气连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,其特征在于，还包括指示灯模块，其中，所述控制器的输出端与所述指示灯模块的输入端电气连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人,其特征在于，还包括声音预警模块，其中，所述控制器的输出端与所述声音预警模块的输入端电气连接。

9.一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人控制***,其特征在于，包括远程控制终端以及如权利要求1至8任意一项所述的一种基于机器视觉的健康管理桌面机器人，其中，所述无线通信模块与所述远程控制终端无线连接，进行数据交互。