多功能健康科普机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地，涉及多功能健康科普机器人。

背景技术

当前，我国的医疗管理已经向健康管理逐步转变，取得相当不错的进展，但是农村地区留守儿童的医疗科普问题仍然不可忽视。我国农村共有6000多万农村留守儿童，相对于城市农村的医疗资源更加落后，而当地的人们也缺乏必要的医疗知识，因此让医疗知识走进农村非常重要。政府出台相关工作的指导意见对农村留守儿童关爱保护做出了专门制度性安排。此外还建立了农村留守儿童关爱保护工作部际联席会议制度，足以说明国家对留守儿童现状的重视。因此关心留守儿童健康成长，向他们科普医疗知识，提供查询功能让他们更加了解必要的医学知识是十分必要的。

当前机器人最主要的应用场景在工业领域，因为有些工业活动更加危险，对人体有害，而且人工的安全性并不高，用机器人代替人进行工作可以减少危险事故的方式。最近机器人越来越多的走进寻常的生活中去，比如教育领域，农业领域等等。但是目前机器人在医疗科普方向的应用还处于起步阶段，因此有必要研发健康科普机器人，让机器人技术走进医疗领域，为贫困地区留守儿童进行医疗知识的科普与参考功能。

现有技术中，公开号为CN208880724U，中国实用新型专利，于2019年5月21日公开了一种农业技术科普机器人，包括：躯体和轮式底盘；所述轮式底盘与所述躯体的下表面相连，用于带动所述躯体行走；所述躯体内设有微处理器、音频输入输出组件和语音交互组件；所述微处理器分别与所述音频输入输出组件及所述语音交互组件相连；所述语音交互组件内存储有农业技术科普知识。该方案组件设计简单，无法提供更深入的查询及交互功能。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中没有专门的健康科普机器人，无法依托机器人进行医疗健康知识科普缺陷，提供一种多功能健康科普机器人。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

多功能健康科普机器人，包括：外部输入模块、内部存储及数据库模块、数据接口模块，所述外部输入模块通过数据接口模块与内部存储及数据库模块连接，所述外部输入模块用于用户的交互信息输入，所述内部存储及数据库模块用于存储视频资源、K-V服务数据库、人脸信息数据库，所述数据接口模块用于识别用户输入得到分类结果的接口，传输查找结果至输出端。

本方案中，所述外部输入模块包括有：摄像头、红外模块、麦克风、触摸采集模块、LED触摸屏、电源开关、外部设备接口、电源接口、网口、行动轮，所述摄像头用于获取人脸图像及场景图像，所述红外模块用于测距，所述麦克风用于采集语音输入信号，所述触摸采集模块用于指纹采集和指纹验证，所述LED触摸屏用于用户的交互输入和查询结果输出，所述外部设备接口用于连接外部设备，所述电源开关用于控制机器人电源的通断，所述电源接口用于用于机器人供电，所述网络口用于网络连接，所述行动轮用于所述机器人的移动。

本方案中，所述视频资源为预设的健康科普视频、所述人脸识别数据库为基于关键信息匹配的字典存储结构与录入的人脸信息数据库，所述K-V服务数据库预设有问题类别与对应解决方法。

本方案中，用户通过LED触摸屏或外部设备接口可以对视频资源进行访问。

本方案中，所述外部设备接口连接的外部设备包括有：键盘、鼠标。

本方案中，所述外部输入模块还包括有无线通信模块。

本方案中，所述数据接口模块包括识别输入接口，所述识别输入接口的识别方法根据用户的输入类型确定，当用户通过LED触摸屏触摸选择的输入能够直接查找，LED触摸屏直接提供预设的待选项；

当用户通过文字输入或者语音输入，则通过预设的机器学习模型对用户输入进行分类，并在K-V服务数据库中查找相应结果并返回。

本方案中，用户的输入通过机器学习模型得到匹配数据库Key端的数值，即用户需要的分类，然后将对应的结果返回到输出端。

本方案中，所述的机器学习模型构建过程包括：利用现有的自然语言语料库与语音数据库进行数据分析提取基元语言特征，使用机器学习算法对提取的基元语言特征进行统计学建模，然后将模型集成在机器人的微处理器。

本方案中，所述人脸数据库通过提取人脸图像的LBP特征信息对人脸图像数据进行训练实现人脸识别的功能。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过外部输入模块、内部存储及数据库模块、数据接口模块构建了多功能健康科普机器人，基于外部丰富的交互输入及预设的内部存储及数据满足了健康科普的需求的同时也丰富了健康科普机器人的功能。

附图说明

图1为本发明多功能健康科普机器人系统模块示意图。

图2为本发明多功能健康科普机器人外部输入模块示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1所示，多功能健康科普机器人，包括：外部输入模块、内部存储及数据库模块、数据接口模块，所述外部输入模块通过数据接口模块与内部存储及数据库模块连接，所述外部输入模块用于用户的交互信息输入，所述内部存储及数据库模块用于存储视频资源、K-V服务数据库、人脸信息数据库，所述数据接口模块用于识别用户输入得到分类结果的接口，传输查找结果至输出端。

如图2所示，本方案中，所述外部输入模块包括有：摄像头1、红外模块2、麦克风3、触摸采集模块4、LED触摸屏5、外部设备接口8、电源开关9、电源接口10、网口7、行动轮6，所述摄像头1用于获取人脸图像及场景图像，所述红外模块2用于测距，所述麦克风3用于采集语音输入信号，所述触摸采集模块4用于指纹采集和指纹验证，所述LED触摸屏5用于用户的交互输入和查询结果输出，所述外部设备接口8用于连接外部设备，所述电源开关9用于控制机器人电源的通断，所述电源接口10用于用于机器人供电，所述网口7用于网络连接，所述行动轮6用于所述机器人的移动。

在一个具体的实施例中，所述摄像头和红外模块装置以通过图像采集的信息识别场景是否安全，可以以此起到协助看管孩子，所述外部输入模块用于接收外部输入与产生输出给用户，其中LED触摸屏可以作为触摸输入载体，也可以输出载体，所述外部输入接口可以连接外部设备作为外部输入，例如键盘、鼠标，所述外部输入接口可以为USB接口，所述麦克风可以作为语音输入，所述网口可以与外部网络连接进行网络通信，本发明还设有无线通信模块，所述无线通信模块可以为WIFI模块和蓝牙模块，所述机器人可以通过网络来更新视频资源，所述电源接口还包括有充电装置和电池，所述充电装置可以与外部电源连接用以给电池充电，机器人可以在脱离市电连接时长时间工作，所述行动轮可以方便机器人的便捷移动。

在一个具体的实施例中，外部输入模块还包括有温度传感器、湿度传感器，所述温度传感器用于检测环境温度，所述湿度传感器用于检测环境湿度。

在一个具体的实施例中所述LED触摸屏可以采用基于触摸检测IC(TTP223B)的电容式点动型触摸模块，所述基于触摸检测IC(TTP223B)的电容式点动型触摸模块通常状态下输出为低电平，为低功率模式，当触发事件发生时模块切换输出为高电平，为高功率模式。该模块安装在机器人的玻璃外壳之外，相比于常见的按压式按键进行输入具有更好的易用性。此型号具有低功耗的优势，供电电源电压在2～2.5V之间，拥有三个控制接口包括GND,VCC和SIG。GND接地，VCC提供电源，SIG提供输出。

在一个具体的实施例中，所述麦克风可以将收集的语音信号发送至芯片型号为LD3320的语音处理芯片，语音处理芯片将收到的信号进行频谱分析，提取特征，并根据它内部的算法和编辑好的关键词列表一一匹配，将匹配率最高的结果以串口的形式发回给机器人的微处理器。语音识别的过程，就是把用户说出的内容，通过频谱转换为语音特征，和这个关键词语列表中的条目进行一一匹配，最优匹配的一条作为识别结果。所述语音处理芯片对接收到的信号频谱进行分析，提取功能，对其内部特定算法进行逐一调整，编辑关键字列表并以串行方式将匹配率最高的结果返回给机器人处理器接口。语言识别的过程是将用户对频谱的描述转化为语言函数，对关键字列表中的元素进行个性化定制。语言识别的过程是将用户对频谱的描述转化为语言函数，对关键字列表中的元素进行个性化定制。语音芯片内部已经放置好关键词列表，收集到的语音信息与原先放好的语句进行匹配和对比，得到一个最优的结果，这个结果通过串口发送给树莓派，树莓派作为核心控制器可以控制显示器发出必要的回应消息。

本方案中，所述视频资源为预设的健康科普视频、所述人脸识别数据库为基于关键信息匹配的字典存储结构与录入的人脸信息数据库，所述K-V服务数据库预设有问题类别与对应解决方法。

在一个具体的实施例中，所述健康科普视频可以为医学背景的专业人员或团队录制的医学科普视频，包括有：外伤科普视频、营养科普视频、心理健康科普视频等，用户可以通过观看科普视频来获取医疗知识。所述K-V服务数据库封装常用知识的类作为查找的Key值，并提前将对应的结果导入数据库。当用户通过不同方式输入信息时经过中间部分的机器学习模型的处理得到分类值再通过查询操作得到结果最后返回到输出部分。为了达到辅助看管儿童的功能需要训练识别人脸的模型，我们提前录入迅速的人脸信息进行特征处理存储到内部训练模型。具体流程为：机器人接通电源，等待机器人的系统平台IoT连接机器人的oceanconnect平台，并预先选择人脸注册模式，连续拍5张照存入SD卡(拍摄时绿灯快闪50ms，拍摄完绿灯闪1000ms)，再通过特征提取模块完成数据采集与特征提取的步骤。

本方案中，用户通过LED触摸屏或外部设备接口可以对视频资源进行访问。

本方案中，所述外部输入模块还包括有无线通信模块。

本方案中，所述数据接口模块包括识别输入接口，所述识别输入接口的识别方法根据用户的输入类型确定，当用户通过LED触摸屏触摸选择的输入能够直接查找，LED触摸屏直接提供预设的待选项；

当用户通过文字输入或者语音输入，则通过预设的机器学习模型对用户输入进行分类，并在K-V服务数据库中查找相应结果并返回。

在一个具体的实施例中，所述数据接口模块是为了将外部不同类型的输入转化为数据库的Key分类结果，由于输入的异构性需要开发针对不同类型输入的处理模块，首先识别输入接口根据用户的输入类型确定识别方法，当用户通过LED触摸屏触摸选择的输入能够直接查找，LED触摸屏直接提供预设的待选项；例如直接提供常见的症状需求如腹痛，发热，然后由处理模块直接进行匹配得到结果。

在具体的实施过程中，可以先将数据导入内部存储及数据库模块，然后针对不同类型的输入编写对应的读取方式。通过点击视频文件位置或外部设备输入可以直接播放视频。针对查询功能，编程方式与输入方式直接相关。触摸屏输入直接通过信号转化的方式直接转化为要查询问题的类别。语音输入通过芯片LD3320转化为数字信号，再使用机器学习模型对医疗类数据进行训练，将输入定向到训练得到的模型转化为问题类别，再通过K-V服务数据库获得最终结果。文字输入与语音输入，不需要额外的转化模块，通过接口导入分类模型获得问题类别再通过K-V服务数据库得到最终结果并返回。

本方案中，用户的输入通过机器学习模型得到匹配数据库Key端的数值，即用户需要的分类，然后将对应的结果返回到输出端。

本方案中，所述的机器学习模型构建过程包括：利用现有的自然语言语料库与语音数据库进行数据分析提取基元语言特征，使用机器学习算法对提取的基元语言特征进行统计学建模，然后将模型集成在机器人的微处理器。

本方案中，所述人脸数据库通过提取人脸图像的LBP特征信息对人脸图像数据进行训练实现人脸识别的功能。

需要说明的是，所述的LBP特征具有灰度不变性和旋转不变性等优点。从人脸图像的关键区域提取LBP特征，比较若干组关键点作为对照获取匹配距离。最终返回描述符区别的整数。最终根据度量值拟合的模型来判断人脸信息。

本发明人脸识别的具体流程为：机器人接通电源，等待机器人的系统平台IoT(简称IoT平台)连接机器人的oceanconnect平台，连接完成后机器人的LED触摸屏显示“status”

此时通过摄像头可进行人脸检测，可完成人脸识别(红灯闪1000ms)。摄像头向IoT平台发送消息，以示匹配成功。IoT平台收到指令后，LED触摸屏显示unlock，LED触摸屏的绿色led指示灯灯亮(模拟门锁)，并向oceanconnect平台上报数据，解锁5s后，自动上锁，LED触摸屏显示lock，LED触摸屏的绿色led指示灯灯灭，并向oceanconnect平台上报数据，Oceanconnect平台的后台收到数据后可下发指令至IoT平台，得到匹配结果确定孩童是否在监管范围内的信息，并返回人有无缺少的信息。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。