智能伴宠机器人

1.本发明实施例涉及机器人技术领域，具体涉及一种智能伴宠机器人。


背景技术：

2.饲养宠物不仅可以缓解人类的孤独感，让人类有被陪伴的感觉，而且可以获得照顾宠物的成就感和幸福感。随着居民收入的不断提高，生活节奏的不断变快，饲养宠物的人也越来越多。宠物可以陪伴人类，同时宠物也需要人类的照顾。对于上班族或者经常有短途出差旅行需求的养宠人群来说，并不能很好的照顾宠物。因此，用于帮助出门在外的主人照顾宠物的宠物陪伴机器人逐渐进入市场。
3.公开号为cn112775979a，发明名称为“宠物陪伴机器人的控制方法、宠物陪伴机器人及芯片”的中国专利申请中所公开的宠物陪伴机器人，通过红外温度检测传感器对以宠物陪伴机器人为圆心，红外温度检测传感器的扫描距离为半径的圆形区域内进行扫描。其中，所述圆形区域即为预设区域。通过红外温度检测传感器实时对预设区域进行扫描，并获取扫描结果；在扫描结果满足预设条件：存在可移动物体；检测到温度处于预设区间内的物体时，判定在预设区域检测到宠物，进而向宠物进行投喂操作。然而由于红外温度检测传感器扫描的预设区域有限，若宠物不在预设区域时，则难以实现对宠物的智能监护。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种智能伴宠机器人，用以更好地实现主人不在家时对宠物的监护。
5.本发明实施例提供一种智能伴宠机器人，包括：底盘和机体，底盘用于承载机体；
6.底盘安装有移动装置，用于实现智能伴宠机器人的移动；
7.机体外部设置有可转动的摄像头、激光雷达和双向通讯喇叭，摄像头用于采集图像数据，激光雷达用于采集雷达数据，双向通讯喇叭包括拾音器和麦克风；
8.机体内部设置有处理器和无线通信模块，摄像头、激光雷达、双向通讯喇叭和无线通信模块均与处理器连接；
9.无线通信模块用于将摄像头采集到的图像数据和/或拾音器采集到的音频数据发送至智能伴宠机器人的客户端；
10.双向通讯喇叭用于实现用户与宠物的对讲；
11.处理器用于：
12.根据接收到的雷达数据采用gmapping算法生成二维地图，并采用蒙特卡洛算法确定智能伴宠机器人的当前位置；
13.当根据从感应器接收到的图像数据识别到摄像头范围内有宠物时，确定宠物的当前位置；
14.将智能伴宠机器人的当前位置作为起始点，将宠物的当前位置作为目标终点，采用a-star算法基于二维地图进行全局路径规划，生成移动路径；
15.控制移动装置按照移动路径移动智能伴宠机器人，以将智能伴宠机器人移动至宠物附近。
16.一种实施例中，处理器还用于：
17.当根据从感应器接收到的图像数据确定宠物不在摄像头范围内时，响应于接收到的寻宠指令，控制拾音器采集宠物的音频数据；
18.根据音频数据采用广义互相关-相位变换算法确定波达方向和距离，并根据所确定的波达方向和距离确定宠物的当前位置。
19.一种实施例中，处理器还用于：
20.控制麦克风播放预先录制的宠物主人的声音信号或者实时语音通话中宠物主人的声音信号，以引导宠物发出声音或者靠近智能伴宠机器人。
21.一种实施例中，处理器还用于：
22.当根据从感应器接收到的图像数据确定宠物不在摄像头范围内时，则采用全覆盖路径规划算法遍历二维地图上除障碍物以外的全部区域；
23.在遍历过程中，对摄像头采集到的图像数据进行实时识别处理；
24.若识别到宠物，则停止遍历，确定宠物的当前位置，并在二维地图中标记宠物的当前位置和当前时间。
25.一种实施例中，处理器还用于：
26.根据多次遍历过程中所标记的宠物位置和对应的时间，生成宠物在各个时间段中所处位置的概率分布图；
27.在接收到寻宠指令时，根据概率分布图将当前时间对应的时间段中各个位置按照概率高低依次确定为目标终点，进行导航。
28.一种实施例中，机体外部安装有显示装置，用于显示预先录制的宠物主人的视频信号或者实时视频通话中宠物主人的视频信号。
29.一种实施例中，机体的顶部设置有水平转动的万向头，摄像头连接在万向头上。
30.一种实施例中，移动装置包括4个舵轮和4个驱动轮，驱动轮底部等高设置，用于实现全向移动。
31.一种实施例中，机体设有储粮装置，用于储存宠物粮食；机体的顶部设有储粮自锁按钮，用于控制储粮装置的弹出和收回。
32.一种实施例中，底盘的底部设有食盆，食盆可伸出地与底盘连接；食盆与储粮装置可连通设置；响应于放粮指令，从储粮装置向食盆中投放预定量的宠物粮食，并将食盆伸出。
33.本发明实施例提供的智能伴宠机器人，包括：底盘和机体，底盘用于承载机体；底盘安装有移动装置，用于实现智能伴宠机器人的移动；机体外部设置有可转动的摄像头、激光雷达和双向通讯喇叭，摄像头用于采集图像数据，激光雷达用于采集雷达数据，双向通讯喇叭包括拾音器和麦克风；机体内部设置有处理器和无线通信模块，摄像头、激光雷达、双向通讯喇叭和无线通信模块均与处理器连接；无线通信模块用于将摄像头采集到的图像数据和/或拾音器采集到的音频数据发送至智能伴宠机器人的客户端；双向通讯喇叭用于实现用户与宠物的对讲；处理器用于：根据接收到的雷达数据采用gmapping算法生成二维地图，并采用蒙特卡洛算法确定智能伴宠机器人的当前位置；当根据从感应器接收到的图像
数据识别到摄像头范围内有宠物时，确定宠物的当前位置；将智能伴宠机器人的当前位置作为起始点，将宠物的当前位置作为目标终点，采用a-star算法基于二维地图进行全局路径规划，生成移动路径；控制移动装置按照移动路径移动智能伴宠机器人，以将智能伴宠机器人移动至宠物附近。通过采用无线通信模块将摄像头采集到的图像数据和/或拾音器采集到的音频数据发送至智能伴宠机器人的客户端，可以实现用户对宠物的实时监护；通过采用双向通讯喇叭实现用户与宠物之间的对讲，可以更好地为宠物提供情感陪伴；通过采用激光雷达生成地图并对宠物进行定位，采用a-star算法进行全局路径规划，可以将智能伴宠机器人准确地移动至宠物附近，以更好地向宠物提供陪伴服务。综上所述，本发明实施例提供的智能伴宠机器人可以更好地实现主人不在家时对宠物的监护。
附图说明
34.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
35.图1为本发明一实施例提供的智能伴宠机器人的结构示意图。
36.通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
37.下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
38.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
39.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
40.实施例一
41.图1为本发明一实施例提供的智能伴宠机器人的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的智能伴宠机器人可以包括：底盘1和机体2。其中，底盘1用于承载机体2。
42.底盘安装有移动装置101，用于实现智能伴宠机器人的移动。一种可选的实施方式中，移动装置可以包括4个舵轮和4个驱动轮，驱动轮底部等高设置，用于实现全向移动。每一个舵轮具有转向运动自由度和驱动运动自由度，其中舵轮的转向运动自由度主动控制，
而舵轮的驱动运动自由度随动；每一个驱动轮也具有转向运动自由度和驱动运动自由度，其中驱动轮的驱动运动自由度主动控制，而驱动轮的转向运动自由度随动，驱动轮和舵轮可以关于底盘的中心轴线对称布置。这样的移动装置可以很好地辅助智能伴宠机器人完成直行、侧行、斜行、以及原地转向等运动，并且控制简单。
43.机体外部设置有可转动的摄像头201、激光雷达202和双向通讯喇叭203，摄像头用于采集图像数据，激光雷达用于采集雷达数据，双向通讯喇叭包括拾音器和麦克风。一种可选的实施方式中，可以在机体的顶部设置水平转动的万向头，将摄像头连接在万向头上，以使摄像头能够实现360
°
转向。
44.机体内部设置有处理器204和无线通信模块205，摄像头、激光雷达、双向通讯喇叭和无线通信模块均与处理器连接。无线通信模块用于将摄像头采集到的图像数据和/或拾音器采集到的音频数据发送至智能伴宠机器人的客户端，这样用户便可以通过客户端实时地观看到宠物的图像或者听到宠物的声音，可以更好地对宠物实施监护。通过无线通信模块，用户可以通过智能伴宠机器人的客户端进行语音通话，通过双向通讯喇叭便可以实现用户与宠物的对讲，不仅用户可以实时听到宠物的声音，宠物也可以听到主人的声音，可以更好地为宠物提供精神陪伴。
45.处理器用于：根据接收到的雷达数据采用gmapping算法生成二维地图，并采用蒙特卡洛算法确定智能伴宠机器人的当前位置；当根据从感应器接收到的图像数据识别到摄像头范围内有宠物时，确定宠物的当前位置；将智能伴宠机器人的当前位置作为起始点，将宠物的当前位置作为目标终点，采用a-star算法基于二维地图进行全局路径规划，生成移动路径；控制移动装置按照移动路径移动智能伴宠机器人，以将智能伴宠机器人移动至宠物附近。
46.宠物通常会在室内各个空间中进行活动，活动范围较大。因此为了对宠物进行准确定位，本实施例中首先采用激光雷达采集的雷达数据构建宠物活动空间的室内二维地图。在构建地图时，采用gmapping算法，以获得精准的室内地图。然后采用蒙特卡洛算法确定智能伴宠机器人的当前位置。基于二维地图进行全局路径规划，精准避障，寻找全局最优的移动路径。按照确定的移动路径将智能伴宠机器人移动至宠物附近，以实现对宠物的近距离监护或者语音互动等。需要说明的是，本实施例中的gmapping算法、蒙特卡洛算法和a-star算法均采用现有技术中的算法，此处不再赘述。
47.本实施例提供的智能伴宠机器人，通过采用无线通信模块将摄像头采集到的图像数据和/或拾音器采集到的音频数据发送至智能伴宠机器人的客户端，可以实现用户对宠物的实时监护；通过采用双向通讯喇叭实现用户与宠物之间的对讲，可以更好地为宠物提供情感陪伴；通过采用激光雷达生成地图并对宠物进行定位，采用a-star算法进行全局路径规划，可以将智能伴宠机器人准确地移动至宠物附近，以更好地向宠物提供陪伴服务。综上所述，本实施例提供的智能伴宠机器人可以更好地实现主人不在家时对宠物的监护。
48.实施例二
49.处理器可以根据摄像头采集到的图像数据，基于图像识别来判断宠物是否位于智能伴宠机器人的摄像头范围内。当宠物不在智能伴宠机器人的摄像头范围内的状态持续预设时长时，例如宠物不在智能伴宠机器人的摄像头范围内的状态已经持续了30分钟，将会生成寻宠指令。或者，用户也可以通过智能伴宠机器人的客户端向智能伴宠机器人发送寻
宠指令。
50.当宠物不在智能伴宠机器人的摄像头范围内时，为了实现宠物的快速准确定位，本实施例提供的智能伴宠机器人在上述实施例的基础上，进一步地还可以通过音频数据实现定位。具体的，本实施例提供的智能伴宠机器人中的处理器还用于：当根据从感应器接收到的图像数据确定宠物不在摄像头范围内时，响应于接收到的寻宠指令，控制拾音器采集宠物的音频数据；根据音频数据采用广义互相关-相位变换算法(generalized cross correlation-phase transform，gcc-phat)确定波达方向(direction of arrival,doa)和距离，并根据所确定的波达方向和距离确定宠物的当前位置。通过拾音器采集宠物声音，根据声音的方向和距离，确定出宠物的当前位置。
51.当宠物未发出声音，例如宠物处于睡眠状态时，则无法通过拾音器获取宠物声音。此时，处理器还可以用于：控制麦克风播放预先录制的宠物主人的声音信号或者实时语音通话中宠物主人的声音信号，以引导宠物发出声音或者靠近智能伴宠机器人，完成音频数据采集，最终实现宠物的定位。
52.本实施例提供的智能伴宠机器人，在上述实施例的基础上，进一步地通过控制拾音器采集宠物的音频数据，然后根据音频数据确定波达方向和距离，最后根据所确定的波达方向和距离确定宠物的当前位置，可以实现当宠物不在智能伴宠机器人的摄像头范围内时，对宠物的快速准确定位。
53.实施例三
54.当宠物不在智能伴宠机器人的摄像头范围内时，除了可以根据声音进行定位外，或者在声源定位失败后，还可以基于已经获得的室内二维地图通过遍历实现宠物定位。具体的，本实施例提供的智能伴宠机器人中的处理器还用于：当根据从感应器接收到的图像数据确定宠物不在摄像头范围内时，则采用全覆盖路径规划算法(complete coverage path planning，ccpp)遍历二维地图上除障碍物以外的全部区域；在遍历过程中，对摄像头采集到的图像数据进行实时识别处理；若识别到宠物，则停止遍历，确定宠物的当前位置，并在二维地图中标记宠物的当前位置和当前时间。
55.可以理解的是，宠物每天的活动时间和活动位置具有一定的规律性。在经历多次遍历定位之后，处理器还可以用于：根据多次遍历过程中所标记的宠物位置和对应的时间，生成宠物在各个时间段中所处位置的概率分布图；在接收到寻宠指令时，根据概率分布图将当前时间对应的时间段中各个位置按照概率高低依次确定为目标终点，进行导航。例如可以将一天24个小时划分为12个时间段。在概率分布图中，可以记录在以往的遍历中，各个时间段中宠物出现的位置，以及各个位置出现的次数。出现次数多的位置宠物出现的概率较高。举例来说，在接收到寻宠指令时，若根据概率分布图确定当前时间对应的时间段中宠物可能出现的位置为a(10次)、b(68次)、c(50次)和d(34次)，则先将位置b确定为目标终点，进行导航。若在b处识别到宠物，则结束。若在b处未识别到宠物，则将位置c确定为目标终点，继续进行导航，依次类推。
56.本实施例提供的智能伴宠机器人，当宠物不在智能伴宠机器人的摄像头范围内时，进一步地基于二维地图通过遍历，可以准确的确定出宠物的位置。根据多次遍历，构建宠物的时间位置概率分布图，将概率高的位置优先设置为目标终点，可以加速宠物定位的过程，节省定位的时间。
57.实施例四
58.在上述任一实施例的基础上，本实施例提供的智能伴宠机器人不仅能够实现对宠物的实时监护，还能够实现对宠物的智能喂养。本实施例提供的智能伴宠机器人的机体设有储粮装置，用于储存宠物粮食；机体的顶部设有储粮自锁按钮，用于控制储粮装置的弹出和收回。底盘的底部设有食盆，食盆可伸出地与底盘连接；食盆与储粮装置可连通设置；响应于放粮指令，从储粮装置向食盆中投放预定量的宠物粮食，并将食盆伸出。本实施例中的储粮装置能够储存的宠物粮食的量远大于食盆的盛放量，可以实现一次加粮，多次投喂。储量装置与食盆之间例如可以通过带阀门的管道进行可连通设置，在投喂时向食盆中投放粮食。放粮指令可以按照预设频率生成，例如每隔6小时进行一次投喂；也可以是用户通过客户端向智能伴宠机器人发送的。
59.实施例五
60.已有的宠物陪伴机器人更多关注的是如何进行智能化投喂。例如公开号为cn112775979a，发明名称为“宠物陪伴机器人的控制方法、宠物陪伴机器人及芯片”的中国专利申请中：红外温度检测传感器可以对以宠物陪伴机器人为圆心，红外温度检测传感器的扫描距离为半径的圆形区域内进行扫描。其中，所述圆形区域即为预设区域，从而使得宠物陪伴机器人可以通过红外温度检测传感器进行对预设区域进行扫描，并获取预设区域内的每一物体的温度数据。并将所述每一物体的温度数据作为所述扫描结果。通过红外温度检测传感器实时对预设区域进行扫描，并获取扫描结果；在扫描结果满足预设条件：存在可移动物体；检测到温度处于预设区间内的物体时，判定在预设区域检测到宠物，并执行启动摄像装置的步骤。通过摄像装置对所述预设区域进行拍摄，并获取拍摄数据；对所述拍摄数据进行图像处理，并根据图像处理结果确定所述宠物对应的宠物类型。进而根据宠物类型确定饲料类型及饲料投放量，最后根据所述饲料类型及饲料投放量进行饲料投放。主要是通过确定宠物类型来实现准确投喂。而且红外温度检测传感器扫描的预设区域有限，若宠物不在预设区域，则难以达到智能喂食的效果。公开号为cn113080094a，发明名称为“宠物陪伴方法、装置以及计算机设备”的中国专利申请中：确认宠物的目标运动量；根据目标运动量形成相应的运动方案，宠物陪伴机器人根据运动方案与宠物进行互动；宠物穿戴设备记录宠物的实际运动量；根据实际运动量形成喂食方案，宠物喂食装置根据喂食方案投放食物。宠物陪伴机器人根据目标运动量形成相应的运动方案，包括：确定宠物的活动场景图；根据活动场景图规划与宠物目标运动量相匹配的宠物机器人的活动路径以及活动方式，或者，用户设置活动场景内的宠物机器人的活动路径。宠物陪伴机器人按照设定方式吸引宠物，并根据宠物的互动按照活动路径进行相应的运动直到宠物的运动量满足目标运动量。宠物陪伴机器人具有摄像头和传感器，能够识别宠物的和周边的环境情况，同时，宠物陪伴机器人能够感知宠物的互动，比如可以感知宠物的触碰、宠物靠近等。宠物陪伴机器人具有双目摄像头，能够基于双目摄像头进行避障，这样就能够保证与宠物互动的过程中，能够正常运行，不被障碍物所阻碍。主要是根据宠物的实际运动量来进行科学喂食的。
61.宠物不仅需要被人类照顾，也需要人类的陪伴。除了喂养，宠物也有情感需求，而现有的宠物陪伴机器人显然还没有意识到这一点，还停留在喂食机器的阶段。
62.本实施例提供的智能伴宠机器人，进一步的通过在机体外部安装有显示装置，用于显示预先录制的宠物主人的视频信号或者实时视频通话中宠物主人的视频信号。控制所
述麦克风播放预先录制的宠物主人的声音信号或者实时语音通话中宠物主人的声音信号。例如可以在预先设置的时间点(如主人通常下班的时间)通过显示装置播放预先录制的宠物主人的视频，和/或，麦克风播放预先录制的宠物主人的声音，即使主人不在家，也可以让宠物通过声音和/或视频感受到主人的陪伴。借助于无线通讯模块，用户可以通过客户端与智能伴宠机器人进行实时语音或者实时视频通话，通过麦克风播放实时语音通话中宠物主人的声音信号，和/或，通过显示装置播放实时视频通话中宠物主人的视频，可以更好地实现主人与宠物的远程互动，为宠物提供更好地情感陪伴。
63.实施例六
64.下面通过一个具体的示例，来对本技术进行进一步说明。当智能伴宠机器人的摄像头范围内没有宠物时，应用激光雷达等传感器，室内确定宠物位置，自主避障导航到宠物附近，从而更好地实现主人不在家时对宠物的监护。本实施例提供的智能伴宠机器人，包括机体及可转动摄像头和底盘，机体外部设置有激光雷达、储粮口及储粮口自锁按钮，机体内设置有感应器，控制器，核心板，机体下部设有双向通讯喇叭。底盘有4个舵轮；控制器具有无线通讯元件，底盘底部设有食盆。感应器用于接收传感器获取的数据，并在核心板需要时，将数据发送给核心板。核心板用于接收客户端发来的信息，处理数据，执行算法，存储信息，输出指令到控制器。控制器具有无线通讯元件，用于接收来自核心板的指令，控制智能伴宠机器人的各部件作出相应的操作。智能伴宠机器人机体顶部设置水平转动的万向头，摄像头连接万向头上，可实现360
°
转向。底盘有4个驱动轮，驱动轮底部等高设置。
65.机体前端设有双向通讯喇叭，双向通讯喇叭包含拾音器和麦克风，双向通讯喇叭连接无线通讯元件，用户可以通过客户端远程与宠物互动。机体外部安装激光雷达。核心板搭建机器人操作系统(robot operating system，ros)，激光雷达将获取数据传给感应器，核心板根据从感应器接收到的数据使用gmapping算法构建二维地图，通过蒙特卡洛算法确定机器人的位置，应用a-star算法做已知目标终点的全局路径规划。
66.当智能伴宠机器人的摄像头范围内有宠物时，核心板通过感应器获取摄像头采集的数据后，应用图像识别技术确定宠物的位置，若核心板接收到客户端发送的放粮或语音互动等指令，则核心板将该位置确立为目标终点，应用a-star算法自主避障导航到宠物附近，进而智能伴宠机器人可以进行喂食或语音互动或摄像头近距离查看操作。
67.当宠物不在智能伴宠机器人的摄像头范围内时，若核心板接收到客户端的寻宠指令，智能伴宠机器人可根据拾音器获取到的宠物声音进行声源定位。若拾音器未获取宠物声音，智能伴宠机器人的核心板将发送指令给控制器，控制器控制麦克风播放主人的录音或实时说话声音来引导宠物发出声音或靠近机器人。若宠物不在机器人摄像头范围内且宠物发出叫声，拾音器获取宠物声音并通过感应器发送给核心板，核心板应用广义互相关-相位变换(generalized cross correlation-phase transform，gcc-phat)算法进行doa估计和距离估计，从而确定目标终点位置，应用a-star算法自主避障导航到宠物附近，进而智能伴宠机器人可以进行喂食或语音互动或摄像头近距离查看操作。
68.若声源定位失败，核心板将利用全覆盖路径规划算法遍历地图上除障碍物以外的所有区域，遍历过程中，核心板不断处理摄像头获取的数据，若识别到宠物(即遍历过程中宠物出现在摄像头范围内)，则核心板停止遍历，并在地图中标记宠物出现的位置和当前时间。智能伴宠机器人遍历寻找多次后，核心板将形成宠物在某时刻所处位置的概率分布图，
indicator，rssi)值准确地计算定位。通过内置的定位算法，以及和地图引擎数据库的交互，测算出蓝牙接收设备当前具体位置，以此进行实时导航。还可以使用超宽带(ultra wide band，uwb)室内定位技术。
73.本发明安装了激光雷达，核心板接收到激光雷达获取的周围环境信息后，可以完成建图功能，当用户在客户端查看视频时未找到宠物，可通过手机app等客户端发送寻宠指令查看宠物，核心板接收指令后，可利用声源定位、通过机器学习优先到宠物更可能出现的位置寻找、遍历寻找的方式确定目标终点(即宠物位置)，进而应用a-star算法自主避障导航到宠物附近。
74.本公开中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
75.本公开的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变形而不脱离本公开的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本公开权利要求及其等同技术的范围，则本公开的意图也包含这些改动和变形在内。