[发明专利]一种儿童娱教监护机器人及其人体目标跟踪算法

权利要求书

1.一种儿童娱教监护机器人，包括机器人壳体以及设置在机器人壳体内部的机器人系统，其特征在于：机器人系统包括触摸屏显示模块、语音处理模块、人体目标跟踪模块、上位机、串口通信模块和下位机装置；

所述触摸屏显示模块、语音处理模块和人体目标跟踪模块均与上位机连接；触摸屏显示模块检测用户触摸触摸屏的坐标位置传给上位机和显示上位机传来的数据；语音处理模块录入用户语音传给上位机和播报上位机传出的语音数据；人体目标跟踪模块实现人体目标的跟踪融合深度信息和色彩信息的人体目标跟踪；

所述上位机经串口通信模块与下位机装置连接；上位机通过串口通信模块与下位机装置信息通信控制机器人动作；

所述下位机装置包括数字信号处理器、传感器模块、GSM模块和机械臂模块；传感器模块、GSM模块和机械臂模块均与数字信号处理器连接；传感器模块通过检测机器人环境数据经过数字信号处理器传给上位机；GSM模块通过无线实现用户远程监控机器人；机械臂模块接收数字信号处理器传来的数据控制机器人动作。

2.根据权利要求1所述的一种儿童娱教监护机器人及其人体目标跟踪算法，其特征在于：所述触摸屏显示模块包括红外触摸屏和显示器，红外触摸屏包括红外发生管、若干个位移锁存器、微处理控制器、A/D转换器、若干个放大器和红外接收管；微处理控制器经若干个位移锁存器与红外发生管连接；红外接收管经若干个放大器和A/D转换器与微处理控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种儿童娱教监护机器人及其人体目标跟踪算法，其特征在于：所述语音处理模块包括麦克风阵列、语音识别电路、语音合成电路和音响；麦克风阵列经语音识别电路与上位机连接；上位机经语音合成电路与音响连接。

4.根据权利要求1所述的一种儿童娱教监护机器人及其人体目标跟踪算法，其特征在于：所述人体目标跟踪模块包括摄像头和人体目标检测与跟踪电路；摄像头经人体目标检测与跟踪电路与上位机连接；所述摄像头为Kinect摄像头。

5.根据权利要求1所述的一种儿童娱教监护机器人及其人体目标跟踪算法，其特征在于：所述传感器模块包括烟雾传感器和气体传感，烟雾传感器实时检测机器人所处的环境是否出现烟雾，并把检测数据传给数字信号处理器；气体传感检测空气的成份数据传给数字信号处理器进行识别处理。

6.根据权利要求1所述的一种儿童娱教监护机器人及其人体目标跟踪算法，其特征在于：所述机械臂模块包括驱动模块、直流模块、舵机和电机编码器；驱动模块和直流模块控制舵机工作，电机编码器采集舵机状态编码传给数字信号处理器。

7.根据权利要求1所述的一种儿童娱教监护机器人及其人体目标跟踪算法，其特征在于：所述舵机包括肩关节舵机、肘关节舵机和腕关节舵机；所述关节舵机、肘关节舵机和腕关节舵机的控制端均与数字信号处理器连接。

8.基于权利要求4所述的一种儿童娱教监护机器人的人体目标跟踪算法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过Kinect摄像头获取人体目标的色彩信息和深度信息，并建立三维空间目标模型；

步骤2：把采集的人体目标的色彩信息和深度信息通过Camshift算法拓展到三维空间目标模型中；

步骤3：在三维空间目标模型中融合人体目标的深度信息，并利用Kalman滤波器预测目标的位置信息；

步骤4：通过对预测目标的位置信息进行计算初步锁定窗口的质心；

步骤5：通过调整窗口大小和/或移动窗口中心来确定质心的具体位置；

步骤6：计算质心的位置区域是否收敛，当不收敛时，返回步骤4，当收敛时，输出质心的位置和目标方向，并且质心的位置作为下一次目标锁定的初始窗口；

步骤7：在深度图像中计算人体目标的质心，对人体进行跟踪。