一种车载AI机器人的触摸交互系统的制作方法

一种车载ai机器人的触摸交互系统
技术领域
1.本发明属于人工智能技术领域，具体的说，涉及一种车载ai机器人的触摸交互系统。


背景技术：

2.现在汽车中，ai(artificial intelligence，人工智能)机器人采用基于语音指令的、触摸屏幕、按键等与乘员的交互方式， 这些常用的交互方式都属于精确指令类别的触发机制，对于车辆用户来说需要特定学习的过程。情感化设计是未来车辆设计的趋势之一，ai机器人的外观设计都趋于仿形生物，是情感化设计趋势的一种体现，类人形或宠物形态的机器人会吸引乘员自然的触摸和把玩，然而机器人并不会对特定指令以外的动作做出反馈。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供一种车载机器人的触摸交互系统，其将乘员对于车载机器人的自然肢体接触引入作为交互方式，使得ai机器人基于乘员的自然行为给予互动，降低了车辆用户的学习成本，增加ai机器人与车辆用户的情感交流。本交互系统可以实现ai机器人基于自身外观面上受到的轻拍、重拍、抚摸、戳、点、按压等动作与乘员作出相应的互动。
4.本发明的技术方案具体介绍如下。
5.本发明提供一种车载ai机器人的触摸交互系统，其包括触摸信号采集模块、触摸信号分析模块、机器人运动反馈和表情显示计算模块和机器人运动反馈和表情显示控制模块；其中：触摸信号采集模块，用于采集被划分为若干触摸感应区域的接触面的触摸信号；触摸信号分析模块，通过分析触摸信号，识别出不同的触摸手势和触摸手势的方向；机器人运动反馈和表情显示计算模块，按照定义好的交互用例，计算出机器人需转动的方向、角度、时间和机器人相应显示的表情内容；机器人运动反馈和表情显示控制模块，根据机器人运动反馈和表情显示计算模块计算得到的数据，控制机器人转向触摸手势发出的乘员方向，做出相应的运动反馈，并生成视频信号，发送到机器人自带的屏幕，以显示表情与动作发出的乘员进行互动。
6.本发明中，触摸信号采集模块中用于采集触摸信号的接触面为车载ai机器人的外壳，其呈仿生曲面设置。
7.本发明中，车载ai机器人包括外壳、内壳以及设置在外壳和内壳之间的触摸膜片，触摸动作的感应由触摸膜片在外壳壳体上实现。
8.本发明中，触摸膜片采用具有150~160%的拉伸率的pc为基材，用以匹配大曲率的
外壳和内壳，导电银浆均匀分布在基材表面形成感应电路。
9.本发明中，车载ai机器人采用双射注塑的制程工艺获得，具体包括：（1）一射成型工艺形成产品内腔结构，触摸膜片和连接器埋入射出，连接器用于连接外部线束，触摸膜片表面印刷感应电路；（2）二射成型工艺形成产品外观面。
10.本发明中，触摸信号采集模块中，触摸感应区域的划分以能区分单个手指移动为标准，触摸信号采用电容触摸芯片采集。
11.本发明中，触摸信号分析模块中，根据触摸信号识别触摸手势和触摸手势的方向的方法如下：当触摸信号为单触摸感应区域短触时，识别出触摸手势为点击；当触摸信号为单触摸感应区域长触时，识别出触摸手势为戳；当触摸信号为多个连续触摸感应区域短触时，识别出触摸手势为轻拍或重拍；当触摸信号为多个连续触摸感应区域长触时，识别出触摸手势为抚摸或按压；当触摸信号为多个连续触摸感应区域依次触摸时，识别出触摸手势的方向，依此推断触摸动作来源于车内某个座位的乘员。
12.本发明中，触摸信号分析模块还进一步在识别出不同的触摸手势的基础上，对触摸手势的力度进行识别区分。
13.本发明中，通过加速度传感器识别触摸手势动作的加速度进而对触摸手势的力度进行识别区分。
14.和现有技术相比，本发明的有益效果在于：1）适用于曲面的触摸介质和制程工艺，能够支持仿生的造型设计；2）本发明将乘员对于车载机器人的自然肢体接触引入作为交互方式，使得ai机器人基于乘员的自然行为给予互动，增加ai机器人与车辆用户的情感交流。本交互系统可以实现ai机器人基于自身外观面上受到的轻拍、重拍、抚摸、戳、点、按压等动作与乘员作出相应的互动；3）在识别触摸点位置的同时引入了加速度的识别以获得触摸力度的判断，能够区分多种带方向性和力度的单点或多点触摸手势，覆盖了正常成人和儿童对机器人常用的自然肢体接触和把玩等手势动作，实现了非精确指令性、非按钮类的触摸交互的自然交互方式，相较于现有的mems压力传感器、微压力应变器、压力电容等技术，对结构设计、外观设计和硬件设计的要求和复杂性大大降低。
附图说明
15.图1为车载ai机器人的外观面示意图。
16.图2为车载ai机器人的半球形外观面的壳体结构示意图。
17.图3为触摸膜片的断面示意图。
18.图4为触摸感应区域的划分示例。
19.图5为触摸芯片的工作流程图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。
21.图1为车载ai机器人的外观面示意图。外观面可以是非平面的球形、半球形等曲面造型。
22.触摸动作的感应由集成触摸膜片在壳体上实现，制程工艺采用双射注塑。以半球形外观面为例，壳体结构示意如图2所示。其内层和外层壳体都采用abs工程塑料加工获得，可优选abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物) pc(聚碳酸酯) 10%gf(玻璃纤维)材料加工，制程包括：一射成型工艺形成产品内腔结构，曲面触摸膜片和连接器埋入射出；二射成型工艺形成产品外观面。
23.触摸膜片以pc为基材，可提供150~160%的拉伸率，用以匹配大曲率的表面。导电银浆均匀分布在基材表面形成感应电路。图3为触摸膜片的断面示意图。
24.和车载ai机器人进行触摸交互时，为识别不同的手势和方向性，整个接触面划分为多个触摸感应区域。图3为24个触摸感应区域的划分示例。
25.触摸感应区域的划分以能区分单个手指移动为标准，以覆盖正常12岁以上未成年人和成年人的手部尺寸为目标。根据gb/t 26159-2010，以12周岁女性的食指近位宽平均值和食指长度平均值为设计参考，设定每个触摸区域直径或边长小于等于16mm，触摸区域之间的间隙小于等于5mm。
26.车载ai机器人的触摸交互系统包括触摸信号采集模块、触摸信号分析模块、机器人运动反馈和表情显示计算模块和机器人运动反馈和表情显示控制模块。
27.触摸信号采集模块采集接触面的触摸信号，实施例中，触摸膜片感应到的信号由电容触摸芯片采集。在24个触摸感应区域的案例中，可选取cypress的自容式电容触摸芯片cy8c41xx。触摸芯片将采集到的信号通过i2c(inter-integrated circuit)传给触摸信号分析模块进行处理，其过程如图5所示。图中：gpio为general-purpose input/output的缩写，表示通用型之输入输出；pin是管脚；capacitance-to-current converter表示电容电流转换器；analog multiplexer表示 模拟多路转换器；current-to-digital converter 表示电流数字转换器；raw count 表示原始计数值；firmware processing表示固件处理；touch status 表示触摸状态；spi为serial peripheral interface的缩写，表示串行外设接口。当感应触摸的传感器连接到触摸芯片的管脚上，触摸芯片内部 gpio 单元的开关电容电路将传感器的电容量转换为一个等效的电流值。通过一个模拟多路转换器，某一路的电流值被传送到电流数字转换器，经过模数转换后输出原始计数值。经过固件的处理，某一个感应传感器对应的触摸状态得到判断。
28.触摸信号分析模块设在机器人端或者车辆端，触摸信号分析模块通过分析触摸信号，可识别出不同的触摸手势和触摸手势的方向：具体如下：a.单触摸感应区域短触：点击；b.单触摸感应区域长触：戳；c.大面积（多个连续触摸感应区域）短触：轻拍、重拍等；d.大面积（多个连续触摸感应区域）长触：抚摸、按压等；
e.多个连续区域触摸感应区域依次触摸：手势的方向性，依此推断触摸动作来源于车内某个座位的乘员。
29.为了进一步判断触摸手势的力度，可在机器人内部集成3轴加速度传感器，如iam-20380，灵敏度可达到16384 lsb/g。当手势施加在机器人外部时，力度会引起整个机器人的运动即产生加速度。加速度传感器通过i2c将加速度信号传给触摸信号分析模块进行处理通过对加速度值的分析，可以在触摸信号识别的基础上区分出手势的细分，如轻拍和重拍、抚摸和按压等。
30.针对上述触摸信号分析模块分析获得的不同的手势，机器人运动反馈和表情显示计算模块按照定义好的交互用例，计算出机器人转动的方向、角度、时间和机器人显示的表情内容。交互用例举例：1、当识别到的手势为抚摸，触摸的起始区域在机器人头部右侧，触摸的结束区域在机器人头部右侧靠近头顶，机器人会将头部向右上方转动，并显示向触摸结束区域眨眼和微笑的表情；2、当识别到的手势为重拍，机器人会横向来回转动头部（类似摇头的动作），显示抗议的表情，并发出声音“请对我温柔一点”；等等。
31.最后机器人运动反馈和表情显示控制模块根据计算的结果，控制内部电机运动的方向、角度、时间，使得机器人转向手势发出的乘员方向，以及做出相应的运动反馈，生成视频信号，发送到机器人自带的屏幕，以显示表情与动作发出的乘员进行互动。
32.如上所述，这样ai机器人的运动和显示更接近于人类与生物进行肢体接触时所得到的反馈，使得交互方式也更趋于情感化设计，与机器人的外观相吻合。