精品資料（2021-2022年收藏）專利申請技術交底書

1、技術交底書格式(紅色部分是您要填寫的)專利名稱一種用于家庭智能監(jiān)控服務的多感知機器人所屬技術領域機器人、自動化專利發(fā)明人或設計人技術交底書撰寫人技術問題聯系人姓名電話E-mail1、 本發(fā)明要解決的技術問題是什么？本發(fā)明涉及服務監(jiān)控機器人，尤其涉及在家庭環(huán)境中進行智能監(jiān)控及服務的機器人。本發(fā)明實時提取家庭環(huán)境中的各種信息，主要包括聲音、圖像、煙霧、煤氣、障礙等信息，進行聲音定位、人臉識別、異常事件報警。本發(fā)明主要包括行進裝置、聲音采集模塊、圖像處理模塊、煙霧煤氣檢測裝置、障礙檢測模塊、手機報警模塊、發(fā)聲模塊和控制裝置。本發(fā)明主要用于家庭的服務監(jiān)控，當家中無人時負責對非法闖入等異常事件進行檢測，

2、當家中有人時負責老人小孩的監(jiān)護，并能通過手機模塊及時向主人報告家中的最新情況。本發(fā)明能夠一方面將人們從日常的繁重勞動中解放出 來，另一方面能夠照看陪伴老人，保障家庭安全，對即將進入老齡化的中國來說顯得尤為重要。2、 詳細介紹技術背景,并描述已有的與本發(fā)明最相近似的實現方案。目前在世界范圍研發(fā)的家庭服務機器人主要集中在家政服務機器人和一些具有特定功能的服務機器人，家政機器人需要具有處理復雜事務的能力，一般具有可以抓取物件的機械結構。而具有特定功能的服務機器人，如掃地機器人、娛樂機器人等，根據功能不同，具有特殊的結構，與本發(fā)明相差較遠。視頻監(jiān)控領域主要應用于固定攝像頭，多應用在公共場所的異常事件監(jiān)

3、測。另外，國內外相關的機器人研究包括，日本本田公司研究人員研發(fā)出一款“Asimo”機器人，它不僅可以招待客人，還懂得團隊協(xié)作，與其他機器人“同事”分擔任務。德國斯圖加特市弗勞恩霍弗制造工程與自動化學院也在進行家政服務機器人的探索，并制造了Care-O-Bot 3樣機，能夠識別抓取物品，提供家政服務。另外，還有北京塔米智能開發(fā)的，具有家庭娛樂和安全巡邏的塔米118A型網絡智能機器人?，F有的與家庭監(jiān)控相關專利主要集中在各個專用領域的子系統(tǒng)實現，與視頻監(jiān)控機器人的研究內容相近的專利有我國在2007授予的一項發(fā)明專利1，描述了具有多功能的智能化的能夠代替人完成家政服務工作的機器人，進行防盜監(jiān)測、安全檢

4、查、清潔衛(wèi)生、物品搬運、家電控制，以及家庭娛樂、病況監(jiān)視、兒童教育、報時催醒、家用統(tǒng)計等工作。發(fā)明專利2，通過基于嵌入式的手持設備控制機器人完成監(jiān)控任務。在2008授予的一項發(fā)明專利3，實現的是遠程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)服務器接收來自移動終端的訪問請求，服務器通過建立的連接接收來自監(jiān)控終端的監(jiān)控點的當前實時圖像，并將當前實時圖像轉發(fā)給移動終端。專利4主要描述具有人臉識別功能的機器人，將攝像裝置攝取的人臉圖像與預先存儲的人臉圖像進行比較，以識別所攝取的人臉圖像。1 家政服務機器人，申請?zhí)?專利號：200610032660，發(fā)明設計人：肖南峰2 一種基于嵌入式系統(tǒng)的手持機器人運動監(jiān)控平臺，申請?zhí)?專利號：

5、 200710177186，發(fā)明設計人： 劉峰;王啟寧;謝廣明;王龍3 監(jiān)控實現方法及系統(tǒng)、系統(tǒng)服務器，申請?zhí)?專利號： 200810125299，發(fā)明設計人： 金志強;董愛平;陳琪4 具有人臉識別的智能機器人，申請?zhí)?專利號： 200720077448，發(fā)明設計人：陳振雄;楊舟;李娜;皮小平（包括兩部分：背景技術及現有技術方案，應詳細介紹，以不需再去看文獻即可領會該技術內容為準，如果現有技術出自專利、期刊、書籍，則提供出處）3、現有技術的缺點是什么？針對這些缺點，說明本發(fā)明的目的?，F有的家庭服務機器人的異常識別能力有限，無法對家庭環(huán)境進行全方位的監(jiān)控，比如塔米機器人的安防功能側重無人時的巡邏

6、和監(jiān)控，有家庭成員時主要提供家庭娛樂功能和健康檢測功能。具有抓取物件機械結構的機器人，如Asimo，Care-O-Bot等，主要提供家政服務，能夠完成復雜的動作和豐富的功能，但其結構復雜，主要完成一些特定的任務，不是針對家庭安全監(jiān)控設計的?，F有針對家庭應用的監(jiān)控系統(tǒng)主要由可移動攝像頭和固定攝像頭組成，只是完成簡單的人工監(jiān)控功能，或者單純實現人臉識別系統(tǒng)，智能化程度有限，并且無法感知周圍其他信息，不能對家庭環(huán)境進行綜合分析，從而進行全方位的監(jiān)控服務。本發(fā)明是基于自主移動平臺，具有視覺、聽覺、嗅覺等多個傳感器，能夠進行多感知融合，并能夠進行人臉識別和異常事件監(jiān)測的家庭監(jiān)控機器人，與上述的其他發(fā)明相

7、比，首先是家庭監(jiān)控能力的提升，提供老人監(jiān)護和無人值守的全方位家庭監(jiān)控功能；其次，能夠通過多種傳感器感知家庭環(huán)境信息，從而對家庭進行更為全面的監(jiān)控；并且具有比較穩(wěn)定、效率更高的優(yōu)點。（客觀評價，現有技術的缺點是針對于本發(fā)明的優(yōu)點來說的，本發(fā)明不能解決的缺點不必寫；基于本發(fā)明能解決的問題寫出發(fā)明的目的）4、本發(fā)明技術方案的基本內容。本發(fā)明針對家庭環(huán)境中的應用，提供了一種能夠感知環(huán)境信息，進行智能監(jiān)控和服務的機器人，全身安裝多種傳感器，能夠采集包括聲音，圖像，煙霧，煤氣等各種信號，是一種融合了造型技術、機械、 電子、傳感器、計算機軟件硬件和人工智能等眾多先進技術的機電一體化系統(tǒng)。本發(fā)明的運動系統(tǒng)主要

8、由兩輪驅動單元和一個萬向輪組成，這種經典結構可以使得機器人能夠實現前進后退左右轉動等各種功能。機器人的兩個眼球是CMOS攝像頭，可將實時采集的圖像傳輸到機器人內部的上位機進行處理。家用監(jiān)控機器人還能通過人臉識別系統(tǒng)識別家里的主人，對他的到來表示歡迎，如果發(fā)現陌生人進行聲音提示并通知主人，并根據設定跟蹤陌生人。機器人帶有4通道的聲音采集模塊，能夠對周圍環(huán)境聲音進行監(jiān)測，并進行定位。機器人也可以對家中發(fā)生的異常事件進行監(jiān)控，當主人不在家時，機器人可以根據指定的路線隔一段時間在室內進行巡邏與監(jiān)控，并繞開路線上出現的障礙物，當發(fā)現門窗破損、陌生人闖入、煤氣泄漏、空氣質量下降、發(fā)生火災等時就會報警或相應

9、提示，并通過異常聲音迅速定位事發(fā)地點，幫助主人處理出現的異常情況，同時，機器人通過GSM網絡給主人發(fā)出彩信通知。5、本發(fā)明技術方案的詳細闡述。功能描述家庭環(huán)境包括有人和無人兩種情況，有人時機器人需要對主人和陌生人進行人臉識別，對家里的主人，對其到來表示歡迎，如果發(fā)現陌生人進行聲音提示并將信息發(fā)送到主人的手機，并根據設定跟蹤陌生人。同時，監(jiān)控家庭成員可能出現的異常狀況，如老人、小孩的跌倒，并及時通知主人。對于家中無人的環(huán)境，機器人根據制定的路線進行巡邏，并繞開障礙物，當出現異常聲音、有毒氣體泄漏等異常情況時，能夠及時通知主人。結構描述本發(fā)明主要涉及上述環(huán)境中的智能家庭服務監(jiān)控機器人，包括行進裝置

10、、聲音采集模塊、圖像處理模塊、煙霧煤氣檢測裝置、障礙檢測模塊、手機報警模塊、發(fā)聲模塊和控制裝置，整體組成結構如圖1所示，圖1 智能家庭服務監(jiān)控機器人組成結構各組成部分的連接及機構設置如圖2所示。所述機器人本體外部造型為鵝的形象，包括底盤移動裝置和頭部動作裝置，另外接有攝像頭、聲音采集器、彩信模塊、揚聲器等交互設備。所述移動裝置由底盤控制器、電機驅動器、避障傳感器組成，另外裝有移動平臺所需的鋰電池、3個輪子，包括2個驅動輪和1個萬向輪。主控制裝置通過串口向底盤控制器發(fā)送控制命令，控制電機進行相應動作，并對障礙信號進行處理。所述頭部動作裝置由3個舵機和1個繼電器組成，1個舵機負責控制機器人脖子的轉

11、動，2個舵機控制眼球（攝像頭的轉動），1個繼電器控制機器人的嘴部動作。圖2 智能家庭服務監(jiān)控機器人結構設置監(jiān)控系統(tǒng)描述所述機器人異常監(jiān)測系統(tǒng)由人臉識別、異常行為檢測、陌生人跟隨、異常聲音、異常氣體檢測5個部分組成。（1） 人臉識別所述人臉識別模塊集成與主控制裝置中，由攝像頭及監(jiān)控算法實現，通過膚色匹配、人眼檢測等多種方式定位人臉，在確保人臉識別率的情況下提高處理監(jiān)控速度。整體過程如圖3所示，首先通過膚色檢測是否有人臉，并獲取膚色掩碼，如果膚色面積大于二分之一，則認為被遮蔽，機器人進行提醒。否則根據人眼定位出人臉位置，進行識別，將獲取人臉信息與數據庫信息比對，判斷是已知人臉還是未知人臉，如果已知

12、人臉第一次進入，則機器人向其打招呼，如果是未知人臉第一次進入，則向其詢問，并通過短信通知主人。如果超出1秒沒有識別，優(yōu)先通過膚色匹配尋找人臉，如果超過10秒則認為人臉丟失。圖3 人臉識別過程（2） 異常行為檢測所述異常行為檢測模塊集成于主控制裝置中，由攝像頭、轉動舵機和監(jiān)控算法實現，通過幀差檢測運動物體上半身，判斷摔倒、跌落、跑步等異常行為。（3） 陌生人跟隨所述陌生人跟隨模塊集成于主控制裝置中，由廣角攝像頭、轉動舵機和跟隨算法組成，所述廣角攝像頭能夠提供較大的視角以利于跟蹤，通過舵機進行控制攝像頭轉動及時跟蹤外界變化。工作流程如下，首先使用普通攝像頭進行人臉識別，如果定位到人臉并識別出是數據

13、庫中的未知對象，可以根據設定進入跟蹤模式。根據人臉識別定位出來的位置信息，提取陌生人的上半身特征，利用廣角鏡頭的寬視野特性，隨時跟蹤陌生人的動向。同時，可以判斷出陌生人的距離信息，驅動機器人與陌生人保持1米左右距離。圖4 陌生人跟蹤過程（4） 異常聲音定位所述異常聲音定位模塊由聲音采集裝置和聲音處理程序組成，通過聲音采集器采集4個通道的聲音數據，通過程序定位出轉向角度，驅動電機進行相應動作。實施過程中，所述聲音采集器由4個全方向的麥克風組成，安裝于底盤四周，如圖所示，4個通道的標號為0，1，2，3。每個通道采樣數據為2048個數據，采樣頻率10000Hz。圖5 聲音采集通道結構（5） 異常氣體

14、檢測所述異常氣體檢測部分，由煙霧煤氣傳感器獨立工作，隨機器人本體移動監(jiān)測周圍家庭環(huán)境的異常氣體狀態(tài)，如果檢測到煙霧或可燃性氣體則發(fā)出警報。多感知融合本發(fā)明是具有多感知的家庭監(jiān)控系統(tǒng)，需要通過對環(huán)境多種信號的感知進行綜合分析，根據任務優(yōu)先級確定機器人的行動方案。所述智能監(jiān)控機器人的任務分為3類，一是機器人本體的移動，包括避障、底盤動作、頭部動作；一是監(jiān)控部分，包括視頻監(jiān)控和聲音監(jiān)控；一是發(fā)送部分，主要是彩信發(fā)送。根據各任務的特點，可以制定出優(yōu)先級，機器人根據優(yōu)先級進行處理。任務運行特點響應時間數據量運算量避障中斷快小小頭部動作受控快無無底盤動作受控根據指令響應無無視頻監(jiān)控連續(xù)采集數據，進行計算根

15、據環(huán)境因素大大聲音定位連續(xù)采集數據，并及時做出響應根據轉動角度較大較大彩信一次運行任務，發(fā)送時需要等待信號響應根據無線信號較小較小實施過程中，由于機器人自身的安全考慮，將避障功能的優(yōu)先級放在首位，在轉向或者運行的過程中，及時對障礙信號做出響應。由于底盤動作時，輪子的運動會發(fā)出聲音，為了讓聲音定位算法對轉動過程的本體聲音不響應，應讓底盤動作的優(yōu)先級高于聲音定位。異常聲音信號往往是突發(fā)性的，因此需要對此及時做出響應，而不能讓計算量大的人臉識別占據了系統(tǒng)的運行時間。根據彩信發(fā)送的特點，發(fā)送的過程跟信號強度有關，并且屬于一次運行任務，而不像聲音采集模塊需要對聲音進行連續(xù)的采集，因此需要降低其優(yōu)先級。因

16、此將任務優(yōu)先級從高到低設定為避障、底盤動作、聲音定位、人臉識別、頭部動作、彩信。（本部分為專利申請最重要的部分，需要詳細提供，專利必須是一個技術方案，應該闡述發(fā)明目的是通過什么技術手段來實現的，不能只有原理，也不能只做功能介紹；因此發(fā)明中每一功能的實現都要有相應的技術實現方案；所有英文縮寫都應有中文注釋；必須結合流程圖、原理框圖、電路圖、時序圖等附圖進行說明，每個圖都應有對應的文字詳細的描述，以別人不看附圖即可明白技術方案為準；同時附圖中的關鍵詞或方框圖中的注釋都盡量用中文；方法專利都應該提供一個流程圖，并提供相關的系統(tǒng)裝置。） 6、本發(fā)明的關鍵點和欲保護點是什么？1) 一種用于家庭智能監(jiān)控服

17、務的多感知機器人，具有人臉識別，異常行為、聲音和氣體監(jiān)控功能的多感知自主移動機器人，其特征在于包括用于機器人移動的行進裝置，具有自主移動功能，能夠在多種模式下工作，包括跟隨模式，巡邏模式和異常行為處理模式；感知裝置，在普通家庭的環(huán)境內感知一項或多項如下信息：感知周圍環(huán)境的視覺信息、檢測到行走路線周圍的障礙、感知異常聲音、檢測家庭的有害氣體；控制裝置，包括頭部控制裝置、底盤控制裝置和主控裝置；對所述感知裝置接收到的多種感知信號進行綜合分析處理，發(fā)出指令控制所述的執(zhí)行裝置完成相應的工作；執(zhí)行裝置，接收智能感知裝置的信號和指令輸入，完成機器人一項或多項以下任務，進行人臉識別，向主人問好，對陌生人發(fā)出

18、警告，跟蹤人臉移動，識別異常行為，識別異常聲音，發(fā)送短信和彩信，檢測有害氣體并報警；信息發(fā)送裝置，通過GSM網絡發(fā)出短信或者彩信到用戶；遙控裝置，通過無線遙控器發(fā)出信號，并傳送到控制裝置。 2) 根據權利1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在與所述的感知裝置，由一個用于人臉識別的攝像頭，一個用于陌生人跟隨和異常檢測的廣角攝像頭，用于檢測障礙物的紅外傳感器，用于聲音定位的聲音采集卡，用于異常氣體檢測的氣體傳感器，所述的紅外傳感器、氣體傳感器與底盤控制器連接，攝像頭、聲音采集卡與PC主機連接。3) 根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述控制裝置，由底盤控制器、頭部控制器、主控制器組成。底盤控

19、制器、頭部控制器分別與主控制器（PC）連接，主控制器加載有人臉識別和異常檢測核心算法。4) 根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述執(zhí)行裝置，由揚聲器、報警裝置和四個自由度的頭部結構組成，所述揚聲器PC連接，所述報警裝置與有害氣體檢測裝置連接，所述四個自由度的頭部結構由3個直流舵機和1個繼電器組成，頭部結構動作包括：眼睛兩自由度轉動（左右轉動和上下翻動），嘴巴張合一個自由度（配合揚聲器發(fā)聲）和脖子轉動一個自由度。所述舵機和繼電器與所述頭部控制器連接。5) 根據權利要求1或2所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述攝像頭安裝于機器人頭部，并可由舵機控制轉動，所述舵機與頭部控制器連接。6)

20、根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述信息發(fā)送裝置，由GSM彩信發(fā)送裝置組成，所述彩信發(fā)送裝置與主控制器連接。7) 根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述人臉識別裝置，通過攝像頭與PC連接，進行人臉的定位、識別和跟蹤。8) 根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述異常行為檢測裝置，通過攝像頭與PC連接，進行跌倒等異常行為檢測和分析。9) 根據權利要求1或6所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述機器人底盤和脖子能隨著人臉的移動進行跟蹤轉動。10) 根據權利要求1或2所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述圖像采集裝置，由2個攝像頭組成，1個攝像頭用于人臉識別，1個攝像

21、頭用于異常行為檢測。11) 根據權利要求1或2所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述聲音采集裝置，由4個全方向麥克風組成，分別安裝在前后左右4個方向。12) 根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述人臉識別功能、異常行為檢測功能、異常聲音定位功能和避障功能，能夠根據需要，由主控制器進行取舍。13) 根據權利要求1或4所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述揚聲器置于機器人頭部。14) 根據權利要求1或4所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述頭部動作嘴巴張合由1個繼電器和磁鐵組成。15) 根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于所述機器人外殼采用鵝的造型，材料為塑料。16) 根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于運動裝置由2個直流伺服電機、1個萬向輪構成、1個電機驅動電路構成；其中，所述的2個直流電機通過所述的直流電機驅動電路與所述裝置連接。所述的1個萬向輪獨立安裝在家庭監(jiān)控機器人底座的正前方。17) 根據權利要求1所述的家庭監(jiān)控機器人，其特征在于采用2個鋰聚合物電池驅動，1個電池與底盤控制器、頭部控制器、GSM彩信裝置連接，1個電池與