一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人的制作方法

本发明涉及机器人的技术领域，具体涉及一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人。

背景技术：

目前，人类社会全面进入以智能机器人为代表的智能时代，机器人的广泛应用极大地促进社会生产力的发展与产业结构的调整。在一些发达国家，尤其英，美，日等国家，已经将机器人作为课堂上的一种教学辅助工具，上至高等院校，下至中小学、幼儿园、培训机构，都正在积极开展机器人活动。

移动机器人由于其在各行各业的广泛应用前景，已经成为机器人研究的重要领域。其中，由于具有成本低，结构简单等优点、能维持稳定运行、能量利用率高等特点，轮式机器人被广泛地应用。自平衡机器人属于移动机器人的范畴，并且接合了自主移动的思想。自平衡机器人扩展了适应地形变化的能力，运动更加灵活，运行速度及倾斜角度可调节。四轮或多轮机器人通过两轮的差动输入可以实现零回转半径和u型回转，其劣势在于机器人的占地面积较大、转弯半径大、行动不灵活。自平衡机器人大大减小了占地面积，转弯半径非常小，移动轨迹灵活，在场地面积小，要求灵活运动场所十分适合。

目前的幼儿教育机器人主要集中在一些具有特定功能的玩具类的服务机器人，如buddy、ibton等。根据功能不同而具有特殊的结构，幼儿教育机器人更偏向于桌面小型讲故事，不能自主运动。现有的教育机器人多为四轮结构，大大的增加了机器人的体积，对环境因素具有很大的限制作用，并且其教育资源多数为唐诗宋词，讲故事，播放音乐等单一播放式教育，一定程度上缺少了人机交互，在玩中学习的过程，更缺少steam中的少儿编程课程的融入。乐高编程机器人需要自主拼装才可以进行编程，需要花费较多的时间，使儿童容易有厌烦感，并且在多教育资源融合方面又有一点差强人意。

针对现有技术中幼儿教育机器人所采用多轮机器人存在占用体积大以及缺少人机交互等问题，急需一种能够自主移动且占用体积小，且具有人机交互功能的幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人。

技术实现要素：

针对现有技术中幼儿教育机器人所采用多轮机器人存在占用体积大以及缺少人机交互等问题，本发明实施例提供一种基于自平衡机器人的用于教育娱乐陪伴的自平衡机器人。该用于教育娱乐陪伴的自平衡机器人基于自平衡机器人的灵活及体积小，结合多种辅助传感器和控制模块形成用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人。

该用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人的具体方案如下：一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人包括：自平衡运动模块，用于移动和支撑所述自平衡机器人；所述自平衡运动模块包括底盘、设置在所述底盘上的双轮，所述底盘具有自动升降支架机构；主体模块，与所述自平衡运动模块连接，包括自平衡机器人的主体框架以及设置于所述主体框架内或上的主控制器、惯性导航单元、多种传感器、多种人机交互单元；头部模块，与所述主体模块连接并位于所述主体模块的上方，包括视觉获取单元和声觉获取单元。

优选地，所述底盘上设置多种距离传感器。

优选地，所述多种距离传感器包括红外线测距传感器、声呐超声波传感器和激光传感器。

优选地，所述多种传感器分别设置于所述主体模块的不同部位。

优选地，所述多种传感器包括环境监控传感器、触摸传感器。

优选地，所述多种人机交互单元包括显示屏和扬声器。

优选地，所述主体模块还包括智能控制器，所述智能控制器用于完成对所述自平衡机器人的信息采集和整体控制，并且完成自平衡机器人的各个传感器信息采集的功能。

优选地，所述视觉获取单元包括三维摄像头和单目摄像头。

优选地，所述自平衡机器人还包括可伸缩的投影仪。

优选地，所述自平衡机器人具有编程应用程序，所述编程应用程序能够通过所述人机互动单元实现拖拽编程的功能。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人在自平衡车的启示下，将自平衡车的运动形式转化应用于教育机器人，从而更好地适应负责区域和地形。本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人通过优化底盘支架机构，实现可以随时随地在无人干预的情况下，稳定停止。本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人在底盘上集成多种测距传感器，从而使自平衡机器人的运动更智能、更灵活、更安全。本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人融入了拖拽式的编程功能，最大化地实现机器人与幼儿的互动，在玩耍中学习编程知识。本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人集成了人脸识别和人体跟随技术，更容易地与幼儿及时性地互动，提高幼儿的兴趣度。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人的系统结构示意图；

图2为图1所示实施例的另一种表达示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人的功能模块示意图。

附图中标号说明：

100、自平衡机器人10、自平衡运动模块20、主体模块

50、头部模块22、主控制器21、人机交互单元

23、环境监控传感器25、声觉获取单元27、触摸传感器

29、距离传感器30、视觉控制器32、机器人导航单元

34、人脸识别单元36、人体识别单元16、底盘支架机构

33、视觉获取单元24、惯性导航单元12、底盘

14、双轮26、多种传感器

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例中提供的一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人的结构示意图。一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人100包括用于移动和支撑所述自平衡机器人100的自平衡运动模块10，其中，自平衡运动模块10包括底盘12、设置在底盘10上的双轮14，底盘具有自动升降支架机构16；主体模块20，与自平衡运动模块10连接，包括自平衡机器人的主体框架以及设置于所述主体框架内或上的主控制器22、惯性导航单元24、多种传感器27和多种人机交互单元21；头部模块50，与主体模块20连接并位于主体模块20的上方，包括视觉获取单元33和声觉获取单元25。

自平衡机器人100的结构形式为双轮自平衡机器人的结构。自平衡机器人100以轮式结构为底盘12基础，双轮14为驱动单元，选用轮毂电机提供自平衡机器人100的动力。底盘12具有自动升降支架机构16，当自平衡机器人100固定时，可以通过支架结构16保持自平衡机器人100平稳站立。自平衡机器人100只需要两个驱动轮，使自平衡机器人100的整体结构变小，更方便在幼儿园等场所应用，适合更多种类的负责地形。

优选地，底盘12上设置多种距离传感器29。在该具体实施例中，多种距离传感器29包括红外线测距传感器、声呐超声波传感器和激光传感器。通过多种距离传感器29的测距，自平衡机器人100的运动更灵活，定位更加准确，可以有效的避开障碍物，防止在公共场所造成碰撞。

自平衡机器人的身体框架即本文所述的主体模块20。主体模块20包括主体框架以及设置于所述主体框架内或上的主控制器22、惯性导航单元24、多种传感器26和多种人机交互单元21。自平衡机器人100的主体框架的外形偏向于设计成卡通人物造型，让自平衡机器人更具亲和力。多种传感器26分别设置于所述主体模块20的不同部位。多种传感器26具体包括环境监控传感器23和触摸传感器27。触摸传感器27包括多个，并且分别布置在主体模块20的不同部位。通过触摸自平衡机器人100可以得到自平衡机器人100的应答，使自平衡机器人100更智能灵活。多种人机交互单元21包括显示屏和扬声器。显示屏具体采用8英寸触摸屏，8英寸触摸屏用于实现教学课件显示，选择所学课程，增加自平衡机器人100与幼儿的交互性。扬声器具体采用3q8w高品质扬声器，将视频、音频文件更优美动听的展现给用户，解决老师的重复性讲课内容，并可以提高学生学习的热情，提高学习效率。

优选地，自平衡机器人100还包括可伸缩的投影仪。具体地，可伸缩的投影仪可以设置在自平衡机器人的主体框架的背后。当进入课堂的时候，机器人可以自动将底盘支架打开，固定好位置，保持机器人的平稳，并将后部的投影机伸出，可以通过投影机将课堂需要讲解的课件及视频动画展现给小朋友，增加小朋友的学习兴趣，并可以代替老师重复性的课程讲解，辅助老师教学。投影仪可以随时随地的将课程软件及相关教育内容、图片、视频等进行投影。

进一步地，主体模块20还包括智能控制器，所述智能控制器用于完成对所述自平衡机器人的信息采集和整体控制，并且完成自平衡机器人的各个传感器信息采集的功能。

头部模块50与主体模块20连接并位于主体模块20的上方，包括视觉获取单元33和声觉获取单元25。视觉获取单元33包括三维摄像头和单目摄像头。三维摄像头主要实现视觉导航功能，与多传感器融合可以提高自平衡机器人100的运动功能。高清单目摄像头可进行人脸识别和人体跟随，将采集的人脸及人体数据与本地及云端的数据库进行匹配，完成人脸、人体识别功能，进行学生签到功能，人体跟随功能等，机器人可以通过人脸识别可以识别课堂上的小朋友，可以增添更多的互动环节，对小朋友的到来表示欢迎等。与视觉获取单元33相应的有视觉控制器30。视觉控制器30主要实现三维摄像头和单目摄像头所获取的视觉信息处理及视觉导航功能。视觉获取单元33从功能上可以分成机器人视觉导航单元32、人脸识别单元34和人体识别单元36。声觉获取单元25具体为环形麦克风阵列或者6通道的声音采集模块，能够对周围环境声音进行监测，并进行定位。优选地，头部模块50的耳朵、眼睛部位增加装饰led灯，以增加趣味性和吸引幼儿的注意力。

自平衡机器人100还具有编程应用程序，所述编程应用程序能够通过所述人机互动单元实现拖拽编程的功能。幼儿可以通过课堂学习的编程，利用机器人载体更直观的学习编程课程，开发智力。

如图2所示，为图1所示实施例的另一种表达示意图。图2的这种系统连接结构，侧重于各个单元的功能实现与主控制器之间的连接控制关系。图2中每个单元的结构及其具体功能的实现过程，与图1所示实施例是相同或相似的，因此，此处不再对图2进行赘述。

本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人在自平衡车的启示下，将自平衡车的运动形式转化应用于教育机器人，从而更好地适应负责区域和地形。

本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人通过优化底盘支架机构，实现可以随时随地在无人干预的情况下，稳定停止。

本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人在底盘上集成多种测距传感器，从而使自平衡机器人的运动更智能、更灵活、更安全。

本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人融入了拖拽式的编程功能，最大化地实现机器人与幼儿的互动，在玩耍中学习编程知识。

本发明实施例所提供的用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人集成了人脸识别和人体跟随技术，更容易地与幼儿及时性地互动，提高幼儿的兴趣度。

如图3所示，本发明实施例中提供的一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人的功能模块示意图。在本实施例中，一种用于幼儿教育娱乐陪伴的自平衡机器人100包括五大功能，分别为运动功能、视觉功能、人机交互功能、室内环境检测功能和辅助教学功能。运动功能具体包括支架展开功能、底盘移动功能和头部运动功能。视觉功能具体包括视觉自主导航功能、人体跟随功能和人脸识别功能。人机交互功能具体包括儿童教育资源展示功能、同屏视频播放功能、智能语音交互和声源定位功能。室内环境检测功能具体包括危害气体报警功能和室内温度湿度等功能。辅助教学功能具体包括课堂助手和幼儿学习教具功能。

本发明实施例中自平衡机器人100能够作为学龄前儿童在幼儿园的玩具、伙伴、学习工具。幼儿通过声音、肢体与自平衡机器人100可进行交互，幼儿在娱乐的过程中也锻炼了手脑协调性，开发儿童智力，通过一些教育相关音视频，让幼儿更加轻松的进行学习。

本发明实施例中自平衡机器人100可以代替老师朗读课文、讲故事、与儿童聊天对话等工作，可以让老师可以留出更多精力考虑如何增强学生互动开发思维。自平衡机器人100能够实现简单的声音交互，完成讲故事，放音乐，投影课件等方面的工作。

本发明实施例中自平衡机器人100可以与小朋友互动聊天、播放电影、播放音乐、制造灯光气氛、与小朋友进行游戏等。

本发明实施例中自平衡机器人100可以通过自平衡机器人100预留的开发接口，对自平衡机器人100的动作，指令，行走，功能等方面进行个性化的开发和设置，开发儿童智力，增强互动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。