1、技術交底書格式(紅色部分是您要填寫的)一種用于家庭智能監控服專利名稱所屬技術領域 機器人、自動化務的多感知機器人專利發明人或設計人技術交底書撰寫人技術問題姓名電話E-mail聯系人1、本發明要解決的技術問題是什么？本發明涉及服務監控機器人，尤其涉及在家庭環境中進行智能監控及服務的機器人。本發明實時提取家庭環境中的各種信息，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、發聲模塊和控制裝置。本發明主要用于家庭的服務監控，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明最相近似的實現方案。目前在世界范圍研發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，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，地機器人、娛樂機器人等，根據功能不同，具有特殊的結構，與本發明相差較遠。視頻監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測。另外

3、，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出一款“Asimo”機器人，它不僅可以招待客人， 還懂得團隊協作，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-Bot3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的，具有家庭娛樂和安全巡邏的塔米118A型網絡智能機器人。家政如掃現有的與家庭監控相關專利主要集中在各個專用領域的子系統實現，與視頻監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，進行防盜監測、

4、安全檢查、清潔衛生、物品搬運、家電控制，以及家庭娛樂、病況監視、兒童教育、報時催醒、家用統計等工作。發明專利2 ，通過基于嵌入式的手持設備控制機器人完成監控任務。在2008授予的一項發明專利 3 ，實現的是遠程監控系統，系統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控終端的監控點的當前實時圖像，并將當前實時圖像轉發給移動終端。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，申請號 /專利號： 200610032660，發明設計人：肖南峰2一種基于嵌入式系統的手持機器人運動監控平臺，

5、申請號/專利號：200710177186，發明設計人：劉峰 ;王啟寧 ;謝廣明 ; 王龍3 監控實現方法及系統、系統服務器，申請號/ 專利號： 200810125299，發明設計人： 金志強 ;董愛平 ; 陳琪4 具有人臉識別的智能機器人，申請號/專利號： 200720077448 ，發明設計人： 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，說明本發明的目的。現有的家庭服務機器人的異常識別能力有限，無法對家庭環境進行全方位的監

6、控，比如塔米機器人的安防功能側重無人時的巡邏和監控，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控設計的。現有針對家庭應用的監控系統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控功能，或者單純實現人臉識別系統，智能化程度有限，并且無法感知周圍其他信息，不能對家庭環境進行綜合分析，從而進行全方位的監控服務。本發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

7、和異常事件監測的家庭監控機器人，與上述的其他發明相比，首先是家庭監控能力的提升，提供老人監護和無人值守的全方位家庭監控功能； 其次，能夠通過多種傳感器感知家庭環境信息， 從而對家庭進行更為全面的監控；并且具有比較穩定、效率更高的優點。（客觀評價，現有技術的缺點是針對于本發明的優點來說的，本發明不能解決的缺點不必寫；基于本發明能解決的問題寫出發明的目的）4、本發明技術方案的基本內容。本發明針對家庭環境中的應用，提供了一種能夠感知環境信息，進行智能監控和服務的機器人，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

8、等眾多先進技術的機電一體化系統。本發明的運動系統主要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。家用監控機器人還能通過人臉識別系統識別家里的主人，對他的到來表示歡迎，如果發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，能夠對周圍環境聲音進行監測，并進行定位。 機器人也可以對家中發生的異常事件進行監控，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控，并繞開路線上出現的障礙物，當發現門窗破損、陌生人

9、闖入、煤氣泄漏、空氣質量下降、發生火災等時就會報警或相應提示，并通過異常聲音迅速定位事發地點，幫助主人處理出現的異常情況，同時，機器人通過GSM網絡給主人發出彩信通知。5、本發明技術方案的詳細闡述。功能描述家庭環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，如果發現陌生人進行聲音提示并將信息發送到主人的手機，并根據設定跟蹤陌生人。同時，監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

10、明主要涉及上述環境中的智能家庭服務監控機器人，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、發聲模塊和控制裝置，整體組成結構如圖1所示，圖像處理模塊主控裝置發聲裝置聲音定位模塊彩信模塊行進裝置煙霧檢測裝置障礙檢測裝置圖 1 智能家庭服務監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

11、口向底盤控制器發送控制命令，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。頭部動作控制張嘴繼電器控制脖子轉動控制眼睛轉動舵機頭部控制器舵機RS232USB攝像頭揚聲器主控制裝置USBRS232聲音采集器彩信模塊RS232移動裝置底盤控制器電機驅動器避障傳感器煙霧傳感器圖2 智能家庭服務監控機器人結構設置監控系統描述所述機器人異常監測系統由人臉識別、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

12、主控制裝置中，由攝像頭及監控算法實現，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，優先通過膚色匹配尋找人臉，如果超過10秒則認為人臉丟失。已知人臉YY需要注冊人臉？N通過膚色檢測是否進行人臉注冊有人臉，并獲取膚色掩碼

13、Y膚色面積大于?N根據人眼定位人臉攝像頭被遮蔽位置，進行識別是否識別出人臉？YN超過 1s嘗試通過膚未知人臉色匹配跟蹤人臉進行下一次識別進行下一次識別進行人臉是否剛進入？Y向主人打招呼人臉是否剛進超過 10s則認為人入？臉離開Y進進行行下詢問陌生人下一一次次識識別別下一次識別圖 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

14、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。N普通攝像頭進陌生人進入，選擇行人臉識別跟蹤模式？Y提取上半身外廣角攝像頭跟隨陌生人形特征運動，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

15、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 。1mc2004331cm圖 5 聲音采集通道結構（ 5） 異常氣體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測周圍家庭環境的異常氣體狀態，如果檢測到煙霧或可燃性氣體則發出警報。多感知融合本發明是具有多感知的家庭監控系統，需要通過對環境多種信號的感知進行綜合分析，根據任務優先級確定機器人的行動方案。所述智能監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

16、作、頭部動作；一是監控部分，包括視頻監控和聲音監控；一是發送部分，主要是彩信發送。根據各任務的特點，可以制定出優先級，機器人根據優先級進行處理。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控連續采集數據， 進行計根據環境因素大大算聲音定位連續采集數據， 并及時根據轉動角度較大較大做出響應彩信一次運行任務， 發送時根據無線信號較小較小需要等待信號響應實施過程中，由于機器人自身的安全考慮，將避障功能的優先級放在首位，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

17、，應讓底盤動作的優先級高于聲音定位。異常聲音信號往往是突發性的，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的運行時間。根據彩信發送的特點，發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的采集，因此需要降低其優先級。因此將任務優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

18、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，并提供相關的系統裝置。）6、本發明的關鍵點和欲保護點是什么？1) 一種用于家庭智能監控服務的多感知機器人，具有人臉識別，異常行為、聲音和氣體監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 ，在普通家庭的環境內感知一項或多項如下信息：感知周圍環境的視覺信息、檢測到行走路線周圍

19、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，發出指令控制所述的執行裝置完成相應的工作；執行裝置 ，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，對陌生人發出警告，跟蹤人臉移動，識別異常行為，識別異常聲音，發送短信和彩信，檢測有害氣體并報警；信息發送裝置，通過 GSM網絡發出短信或者彩信到用戶；遙控裝置 ，通過無線遙控器發出信號，并傳送到控制裝置。2) 根據權利 1所述的家庭監控機器人， 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

20、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。底盤控制器、頭部控制器分別與主控制器（PC）連接，主控制器加4)5)6)7)8)9)10)載有人臉識別和異常檢測核心算法。根據權利要求 1所述的家庭監控機器人，其特征在于所述執行裝置，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

21、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。根據權利要求 1或2所述的家庭監控機器人，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。根據權利要求 1所述的家庭監控機器人，其特征在于所述信息發送裝置，由 GSM彩信發送裝置組成，所述彩信發送裝置與主控制器連接。根據權利要求 1所述的家庭監控機器人， 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。根據權利要求 1所

22、述的家庭監控機器人， 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。根據權利要求 1或6所述的家庭監控機器人，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。根據權利要求 1或2所述的家庭監控機器人， 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

23、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控機器人底座的正前方。17) 根據權利要求 1所述的家庭監控機器人，其特征在于采用 2個鋰聚合物電池驅動