WO2020125266A1 - 一种机器人逗宠控制装置及移动机器人 - Google Patents

Abstract

一种机器人逗宠控制装置和移动机器人，该机器人逗宠控制装置集成主传感器、激光投影器、状态识别器、行为干涉器、激光投影器和次级传感器；主传感器，用于在每个运动周期内连续采集预设数量帧的宠物运动图像；状态识别器，用于将主传感器连续采集的宠物运动图像与预先存储的宠物行为数字图像进行匹配判断，然后将匹配结果解析为宠物的行为状态参数；行为干涉器，用于根据行为状态参数和次级传感器提供的附加路标图像，调整控制宠物的行为状态；激光投影器，用于投射激光束形成结构光斑，使得宠物朝着行为干涉器调整的行为状态改变。该逗宠控制装置的智能化程度高，整个系统的准确性和实时性好。

Description

—种机器人逗宠控制装置及移动机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域， 尤其涉及一种机器人逗宠控制装置及移动机器人。

背景技术

在当今社会， 越来越多家庭希望能饲养宠物， 但是当家里的人都外出上班时， 宠物独自在家就会缺乏 照顾。 无人照看时宠物的行为变得不可控制， 可能会把家里弄得一团糟， 甚至毁坏家具。 随着生活质量的 提高， 人们对宠物的需求越来越强烈， 宠物独自在家时的行为不可控问题成为人们饲养宠物最大的担忧。 如今对于无人照看时限制宠物行为的解决方法大多数是关在某个地方， 或者带到某些提供宠物看护的服务 机构寄养起来， 而这些机构对于寄养的宠物也是把它们关起来。 这些行为限制的方法对宠物来说并不是好 事。 另外， 宠物有其各自的生活习性， 包括进食、 饮水、 睡眠时间和频率以及开心、 愤怒、 惊恐 的条件 刺激， 如何通过精确的预判总结宠物各自的生活习惯和生长特性， 让宠物保持定期运动是要解决的问题。 从而降低人为认知错误对于宠物的干扰， 出现不适应或者反抗现象， 并且远程自动控制宠物喂养。

发明内容

为了克服上述技术缺陷， 本发明提出以下技术方案：

一种机器人逗宠控制装置， 该机器人逗宠控制装置集成主传感器、 激光投影器、 状态识别器、 行为干 涉器和激光投影器； 主传感器， 用于在每个运动周期内连续采集预设数量帧的宠物运动图像， 并依次传输 给状态识别器； 状态识别器， 用于将主传感器连续采集的宠物运动图像与预先存储的宠物行为数字图像进 行匹配判断， 然后将匹配的宠物行为数字图像解析为宠物的行为状态参数， 并将行为状态参数传输至行为 干涉器； 行为干涉器， 用于根据宠物所处的家庭环境的附加路标情况和宠物的历史行为状态， 调整控制宠 物的行为状态参数， 以避开所处家庭环境的附加路标， 并将调整后的行为状态参数传输给激光投影器； 激 光投影器， 用于移动激光束形成结构光斑， 使得宠物在跟随结构光斑移动的过程中， 朝着调整后的行为状 态参数对应的运动状态改变，再由主传感器实时采集处理，同时由行为干涉器记录为宠物的历史行为状态; 所述机器人逗宠控制装置还包括次级传感器， 用于辅助所述主传感器去识别宠物当前的运动状态， 其中， 次级传感器包括红外线摄像头， 用于配置为感测宠物所处的家庭环境对应的附加路标图像， 再将附加路标 图像传输给所述行为干涉器， 并在所述行为干涉器中定义为所述宠物所处的家庭环境的附加路标情况。 所 述次级传感器有效地避免输出的宠物行为状态参数传被干扰， 导致误判和漏检。 所述机器人逗宠控制装置 通过精确预判宠物行为， 减少了对外界路标的干扰， 提高训宠的智能化程度， 且内部各装置模块单元的融 合度强， 整个系统的稳定性和实时性好。

进一步地， 所述行为状态参数是所述状态识别器根据所述匹配的宠物行为数字图像转换解析而来的宠 物的运动频率和幅度。 该技术方案可以通过对宠物的识别与图像变化的分析， 来提高分析的准确性。

进一步地， 所述主传感器包括虹膜摄像头， 虹膜摄像头用于捕捉宠物眼睛中的虹膜， 进而感测宠物的 行为状态对应的图像。 所述主传感器功能集成度更高， 稳定性和实时性更好， 从而使虹膜识别更加准确。

进一步地， 所述状态识别器还用于判断所述虹膜摄像头采集的虹膜图像与预先存储的样本宠物虹膜的 匹配程度。 所述状态识别器通过提取己存储的虹膜模板， 进行数据分析和对比， 提高虹膜识别的准确度。

进一步地， 所述状态识别器还用于通过背景抵消所述附加路标图像的影响， 对所述主传感器连续采集 的宠物运动图像进行提取， 在连续采集的图像之间进行对应匹配， 获得所述结构光斑在所述运动周期内的 变化情况， 根据所述结构光斑的变化情况分析获得宠物对所述结构光斑所做的行为。 避免所述状态识别器 输出的宠物行为状态参数传被污染， 导致误判和漏检。

进一步地， 所述激光投影器包括激光传感器， 激光传感器采用调制方式发射红外波段的激光信号。 该 技术方案使用激光投影的结构光更有利于吸引宠物的注意力。

进一步地， 所述激光传感器具体用于通过控制所述结构光斑移动来规划宠物的运动行踪， 再在每个预 设时间间隔内扫描形成引导宠物行为状态的坐标地图， 根据不同时刻的两个所述坐标地图求出移动量， 进 而测定所述宠物的移动速度， 再传输给所述行为干涉器， 由所述行为干涉器记录为宠物的历史行为状态。 所述激光传感器发射出的激光不仅能模拟真正自然界中的捕食行为， 根据宠物的运动幅度进行运动姿态的 调整， 分析你家宠物的大小、 速度等参数， 以此来匹配自家宠物的技能水平和运动风格。

一种移动机器人， 所述机器人逗宠控制装置内置于所述移动机器人上， 用于训导宠物。 当宠物处于一 个周期时间段， 移动机器人通过与宠物进行接触与互动， 并不断记录每个周期时间段宠物内所形成的活动 轨迹线， 并加以调整控制宠物的运动频率和幅度， 而且， 増强内部各装置模块单元的融合度， 提高整个机 器人系统的稳定性和实时性。

附图说明

图 1是本发明实施例提供的一种机器人逗宠控制装置的模块结构图。

图 2是本发明实施例提供的一种机器人逗宠控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。在不冲突的情况下， 下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参阅图 1， 本发明实施例提供一种机器人逗宠控制装置， 该机器人逗宠控制装置集成主传感器、 激光 投影器、 状态识别器、 行为干涉器、 激光投影器和次级传感器。

主传感器， 用于在每个运动周期内连续采集预设数量帧的宠物运动图像， 并依次传输给状态识别器， 其中， 运动周期是与宠物特有的生活习性相关， 预设数量帧的宠物运动图像是匹配宠物的运动频率， 然后 依次交由状态识别器综合评估出宠物当前的行为状态。 其中， 所述主传感器包括 CMOS摄像头、 抓拍宠物 眼睛虹膜数字图像的虹膜摄像机、 抓拍宠物数字图像的面部识别摄像头； 虹膜识别传感器捕捉宠物眼睛中 的虹膜。

状态识别器， 用于判断所述主传感器当前运动周期内连续采集的宠物运动图像与预先存储的宠物行为 数字图像是否匹配， 是则将匹配的宠物行为数字图像解析为宠物的行为状态参数， 并将行为状态参数传输 至行为干涉器； 否则等待下一个运动周期再采集判断匹配。

行为干涉器， 用于根据次级传感器感测的宠物所处的家庭环境的附加路标情况， 并结合对比宠物的历 史行为状态信息 （包括状态识别器传输的宠物的行为状态参数）， 调整控制宠物的行为状态参数， 以避开 所处家庭环境的附加路标， 并将调整后的行为状态参数传输给激光投影器。 一般而言， 宠物破坏的对象一 般是沙发、 窗帘、 床单还有盆栽等体积较大的物品， 造成混乱的场地一般是厨房、 阳台与客厅， 因此调整 控制宠物的行为状态参数， 以避开前述对应的路标。

激光投影器， 用于移动激光束形成结构光斑， 使得宠物在跟随结构光斑移动的过程中， 朝着调整后的 行为状态参数对应的运动状态改变， 再由主传感器实时采集处理， 同时由行为干涉器记录为宠物的历史行 为状态。 所述机器人逗宠控制装置通过精确预判宠物行为， 减少了外界路标的干扰， 该训宠物的智能化程 度高， 其内部各装置模块单元的融合度强， 整个系统的稳定性和实时性好。

所述机器人逗宠控制装置还包括次级传感器， 用于辅助所述主传感器去识别宠物当前的运动状态， 其 中， 次级传感器包括红外线摄像头， 用于配置为感测宠物所处的家庭环境对应的附加路标图像， 再将附加 路标图像传输给所述行为干涉器， 并在所述行为干涉器中定义为所述宠物所处的家庭环境的附加路标情况。 根据猫猫狗狗看到红色就控制不住的原理， 将红外线摄像头在本发明实施例下采集的附加路标图像与常规 情况下采集的宠物图像合成一个整体图像， 再与动物狩猎行为训练库的样本宠物行为图像进行对应匹配， 进而预测匹配宠物行为动作图像， 传输给所述行为干涉器， 并在所述行为干涉器中将所预测的宠物行为动 作图像进行参数化处理， 用以调整控制宠物的行为状态参数， 然后将调整后的行为状态参数传输给激光投 影器， 实现对宠物进行有效训导， 避开所处家庭环境的附加路标； 同时改善宠物当前运动状态。 所述次级 传感器辅助所述主传感器去设置宠物对所处家庭环境状况， 同时考虑其内在和外界影响的趋势和模式。

具体地， 所述行为状态参数是所述状态识别器根据所述匹配的宠物行为数字图像转换解析而来的宠物 的运动频率和幅度， 基于运动频率和幅度， 在每个运动周期内可形成的活动轨迹线， 可用来分析宠物的速 度等参数， 该技术方案可以通过对宠物的识别与图像变化的分析， 来提高分析的准确性。

优选地， 所述状态识别器还用于判断所述主传感器采集的虹膜图像与预先存储的样本宠物虹膜是否匹 配， 是则将匹配的样本宠物虹膜对应的所述宠物行为数字图像解析为所述行为状态参数。 具体地， 先判断 所述机器人逗宠控制装置前方的宠物眼睛中的虹膜与存储的宠物虹膜是否匹配； 再在匹配的前提下， 将拍 摄到的图像传输给虹膜识别系统的图像预处理软件， 采用特定的算法从虹膜图像中提取出虹膜识别所需的 特征点， 并对其进行编码， 将特征提取得到的特征编码与数据库中的虹膜图像特征编码逐一匹配， 判断是 否为相同虹膜， 进而在宠物行为训练识别窗口中完成宠物当前行为状态的确定， 即感测宠物的行为状态对 应的图像。 所述主传感器功能集成度更高， 稳定性和实时性更好， 从而使虹膜识别更加准确。 优选地， 所述状态识别器还通过背景抵消所述机器人逗宠控制装置的次级传感器感测的附加路标图像 的影响， 采用图像背景提取技术滤除所述附加路标图像， 得到滤除宠物后的检测图像， 由于所述次级传感 器包括红外线摄像头， 所以根据猫猫狗狗看到红色就控制不住的原理， 将红外线摄像头在本发明实施例下 采集的附加路标图像与常规情况下采集的宠物图像合成连续的整体图像， 在连续的整体图像之间基于纹理、 形状、 位置等与动物狩猎行为训练库的样本宠物行为图像进行对应匹配， 可以得出宠物在一定时间内的位 置或行为的变化情况， 预测得到匹配宠物行为动作图像， 并通过所述行为干涉器进行参数化处理， 然后所 述激光投影器根据调整后的行为状态参数， 在避开所处家庭环境的附加路标的基础上， 实现对宠物进行有 效训导， 改善宠物当前运动状态。 所述次级传感器辅助所述主传感器去设置宠物对所处家庭环境状况， 同 时考虑其内在和外界影响的趋势和模式。

对于附加路标图像的地点设置为客厅、 卧室、 厨房等可疑地点， 极有可能是宠物出现在可疑地点； 对 于宠物进入可疑地点后， 短时间内引起沙发、 窗帘或其他物品的位置或者形状发生改变， 则很有可能是宠 物在进行破坏家具的行为。 对于在极短时间内图像发生巨大的变化， 也有可能是宠物在快速移动从而导致 家居物品位置的变化。 对此， 一个异常的宠物行为包括如下特征： 1.宠物在客厅、 卧室等可疑地点的预设 距离内； 2.可疑地点中家具的形状、 颜色、 位置的灰度图像发生改变。

在本发明实施例中， 对于特征一， 定义自变量 XI， 如果宠物出现在客厅、 卧室等可疑地点， 则 XI记 录在所述运动周期内，第一帧图像与最后一帧图像中宠物对应的位置偏移量;对于特征二，定义自变量 X2， 作为可疑地点中家具的形状、 颜色、 位置的灰度图像的变化值。 根据前述家具在一个所述运动周期内变化 的程度计算出宠物行为的异常程度， 即对自变量 X2进行时间积分， 再与基于特征一的偏移量求平均偏移 值， 如果该平均偏移值超过一定阈值， 则控制所述激光投影器进行结构光投影来引诱宠物离开所述可疑地 点， 至少与所述可疑地点的距离超过所述预设距离。

需要说明的是， 因为宠物必须出现在可疑地点才有可能对家具进行破坏， 所以所述机器人逗宠控制装 置在识别出宠物进入到可疑地点的时候， 所述状态识别器才开始进行图像变化的匹配判断。 对宠物出现在 可疑地点时家具的变化情况进行分析， 即可辨别出宠物是否有异常行为。

针对宠物出现前述异常行为， 所述状态识别器还用于通过背景抵消所述附加路标图像的影响， 对所述 主传感器连续采集的宠物运动图像进行提取， 在连续采集的图像之间进行对应匹配， 获得所述结构光斑在 所述运动周期内的变化情况， 根据所述结构光斑的变化情况分析获得宠物对所述结构光斑所做的行为。 避 免所述状态识别器输出的宠物行为状态参数传被污染， 导致误判和漏检。

优选地， 所述激光投影器包括激光传感器， 激光传感器采用调制方式发射红外波段的激光信号。 该技 术方案使用激光投影的结构光更有利于吸引宠物的注意力。所述激光传感器具体用于通过控制所述结构光 斑移动来规划宠物的运动行踪， 本发明实施例使用激光投影的结构光， 其中激光束形成光斑吸引宠物的注 意力， 通过控制激光传感器转动， 即使其内部的激光发射部分和激光接收部分旋转扫描来移动光斑。 在激 光传感器扫描的过程中， 在每个预设时间间隔内扫描形成引导的宠物行为状态的坐标地图， 可得到宠物的 中心坐标， 根据不同时刻的两个所述坐标地图中持续记录的坐标值求出宠物中心的移动量， 进而测定所述 宠物的移动速度， 再传输给所述行为干涉器， 由所述行为干涉器记录为宠物的历史行为状态， 补充配合所 述状态识别器传输的宠物的行为状态参数， 提高所述机器人逗宠控制装置识别宠物行为状态的精度。

所述激光传感器发射出的激光不仅能模拟真正自然界中的捕食行为， 根据宠物的运动幅度进行运动姿 态的调整， 同时也可以用激光模拟猎物逃避行为来引导它们追捕， 进而能够很好地吸引宠物的注意力， 并 引导宠物追逐玩耍进而控制改善宠物的行为状态， 此时所述主传感器协同所述次级传感器可通过采集宠物 的大小、 速度等参数， 以此来匹配自家宠物的技能水平和运动风格， 最终可避免猫狗就会加入上蹿下跳、 鸡飞狗跳的拆家小分队。 所述激光传感器发射出的激光不仅能模拟真正自然界中的捕食行为， 根据宠物的 运动幅度进行运动姿态的调整， 分析你家宠物的大小、 速度等参数， 以此来匹配自家宠物的技能水平和运 动风格。

一种基于所述机器人逗宠控制装置的机器人逗宠控制方法， 如图 2所示， 包括以下步骤： 步骤 S201、 控制主传感器收集宠物的状态信息， 即在宠物的当前运动周期内， 所述主传感器连续采集预设数量帧的宠 物运动图像； 其中， 运动周期是与宠物特有的生活习性相关， 预设数量帧的宠物运动图像是匹配宠物的运 动频率， 然后进入步骤 S202 , 将宠物运动图像交由状态识别器综合评估出宠物当前的行为状态。

步骤 S202、 所述状态识别器结合宠物的状态信息预测宠物当前的行为状态。 所述状态识别器将所述主 传感器连续采集的宠物运动图像与预先存储的宠物行为数字图像进行匹配判断， 然后进入步骤 S203。 具体 地， 判断所述主传感器当前运动周期内连续采集的宠物运动图像与预先存储的宠物行为数字图像是否匹配， 是则将匹配的宠物行为数字图像解析为宠物的行为状态参数， 并将行为状态参数传输至行为干涉器； 然后 将匹配的宠物行为数字图像解析为宠物当前的行为状态参数； 否则等待下一个运动周期再采集判断匹配。

步骤 S203、 所述行为干涉器根据宠物当前的行为状态获取宠物当前的运动特征， 然后进入步骤 S204。 具体地， 所述行为干涉器根据宠物所处的家庭环境的附加路标情况， 在对比宠物的历史行为状态 （包括状 态识别器传输的宠物的行为状态参数） 的前提下， 调整控制宠物的行为状态参数， 以避开所处家庭环境的 附加路标； 一般而言， 宠物破坏的对象一般是沙发、 窗帘、 床单还有盆栽等体积较大的物品， 造成混乱的 场地一般是厨房、 阳台与客厅， 因此调整控制宠物的行为状态参数， 以避开前述对应的路标。

步骤 S204、 基于宠物当前的运动特征， 行为干涉器控制激光投影器对宠物当前行为施加光斑引导， 以 改善宠物行为， 然后返回步骤 S201。 根据调整后的行为状态参数， 移动激光投影器投射的激光束形成的结 构光斑， 使得宠物在跟随结构光斑移动的过程中， 朝着调整后的行为状态参数对应的运动状态改变， 然后 所述机器人逗宠控制装置进入宠物的下一个运动周期， 并返回步骤 S201。 所述机器人逗宠控制装置通过精 确预判宠物行为， 实现对宠物的有效训导， 并减少了宠物对家具的破坏， 节省了宠物主人的时间和精力。

优选地， 所述行为状态参数是所述状态识别器根据所述匹配的宠物行为数字图像转换解析而来的宠物 的运动频率和幅度， 基于运动频率和幅度， 在每个运动周期内可形成的活动轨迹线， 可用来分析宠物的速 度等参数， 该技术方案可以通过对宠物的识别与图像变化的分析， 来提高分析的准确性。

优选地， 所述激光投影器通过控制所述结构光斑移动来规划宠物的运动行踪， 再在每个预设时间间隔 内扫描形成检测宠物行为状态的坐标地图， 根据不同时刻的两个所述坐标地图求出移动量， 从而测定所述 宠物的移动速度。 本发明实施例使用激光投影的结构光， 其中激光束形成光斑吸引宠物的注意力， 通过控 制激光传感器转动， 即使其内部的激光发射部分和激光接收部分旋转扫描来移动光斑。 在激光传感器扫描 的过程中， 在每个预设时间间隔内扫描形成引导的宠物行为状态的坐标地图， 也生成引导宠物的表面的连 续点的坐标地图， 在该坐标地图上得到宠物的轮廓坐标， 也可得到宠物的中心坐标， 根据不同时刻的两个 所述坐标地图中持续记录的坐标值求出宠物中心的移动量， 进而测定所述宠物的移动速度， 由所述行为干 涉器记录为宠物的历史行为状态， 补充配合所述状态识别器传输的宠物的行为状态参数， 提高所述机器人 逗宠控制装置识别宠物行为状态的精度。

一种移动机器人， 所述机器人逗宠控制装置内置于所述移动机器人上， 用于训导宠物。 当宠物处于一 个周期时间段， 移动机器人通过与宠物进行接触与互动， 并不断记录每个周期时间段宠物内所形成的活动 轨迹线， 并加以调整控制宠物的运动频率和幅度， 而且， 増强内部各装置模块单元的融合度， 提高整个机 器人系统的稳定性和实时性。

最后应当说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制； 尽管参照较佳实施例对 本发明进行了详细的说明， 所属领域的普通技术人员应当理解： 依然可以对本发明的具体实施方式进行修 改或者对部分技术特征进行等同替换； 而不脱离本发明技术方案的精神， 其均应涵盖在本发明请求保护的 技术方案范围当中。

Claims

权利要求书

[权利要求 1] 一种机器人逗宠控制装置， 其特征在于， 该机器人逗宠控制装置集成 主传感器、 激光投影器、 状态识别器、 行为干涉器和激光投影器； 主传感器， 用于在每个运动周期内连续采集预设数量帧的宠物运动图 像， 并依次传输给状态识别器；

状态识别器， 用于将主传感器连续采集的宠物运动图像与预先存储的 宠物行为数字图像进行匹配判断， 然后将匹配的宠物行为数字图像解 析为宠物的行为状态参数， 并将行为状态参数传输至行为干涉器； 行为干涉器， 用于根据宠物所处的家庭环境的附加路标情况和宠物的 历史行为状态， 调整控制宠物的行为状态参数， 以避开所处家庭环境 的附加路标， 并将调整后的行为状态参数传输给激光投影器； 激光投影器， 用于移动激光束形成结构光斑， 使得宠物在跟随结构光 斑移动的过程中， 朝着调整后的行为状态参数对应的运动状态改变， 再由主传感器实时采集处理， 同时由行为干涉器记录为宠物的历史行 为状态；

所述机器人逗宠控制装置还包括次级传感器， 用于辅助所述主传感器 去识别宠物当前的运动状态， 其中， 次级传感器包括红外线摄像头， 用于配置为感测宠物所处的家庭环境对应的附加路标图像， 再将附加 路标图像传输给所述行为干涉器， 并在所述行为干涉器中定义为所述 宠物所处的家庭环境的附加路标情况。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述机器人逗宠控制装置， 其特征在于， 所述行为状 态参数是所述状态识别器根据所述匹配的宠物行为数字图像转换解析 而来的宠物的运动频率和幅度。

[权利要求 3] 根据权利要求 1所述机器人逗宠控制装置， 其特征在于， 所述主传感 器包括虹膜摄像头， 虹膜摄像头用于捕捉宠物眼睛中的虹膜， 进而感 测宠物的行为状态对应的图像。

[权利要求 4] 根据权利要求 3所述机器人逗宠控制装置， 其特征在于， 所述状态识 别器还用于判断所述虹膜摄像头采集的虹膜图像与预先存储的样本宠 物虹膜的匹配程度。

[权利要求 5] 根据权利要求 1所述机器人逗宠控制装置， 其特征在于， 所述状态识 别器还用于通过背景抵消所述附加路标图像的影响， 对所述主传感器 连续采集的宠物运动图像进行提取， 在连续采集的图像之间进行对应 匹配， 获得所述结构光斑在所述运动周期内的变化情况， 根据所述结 构光斑的变化情况分析获得宠物对所述结构光斑所做的行为。

[权利要求 6] 根据权利要求 1所述机器人逗宠控制装置， 其特征在于， 所述激光投 影器包括激光传感器， 激光传感器采用调制方式发射红外波段的激光 信号。

[权利要求 7] 根据权利要求 6所述机器人逗宠控制装置， 其特征在于， 所述激光传 感器具体用于通过控制所述结构光斑移动来规划宠物的运动行踪， 再 在每个预设时间间隔内扫描形成检测宠物行为状态的坐标地图， 根据 不同时刻的两个所述坐标地图求出移动量， 进而测定所述宠物的移动 速度， 再传输给所述行为干涉器， 由所述行为干涉器记录为宠物的历 史行为状态。

[权利要求 8] 一种移动机器人， 其特征在于， 权利要求 1至 7任一项所述机器人逗宠 控制装置内置于移动机器人上， 用于训导宠物。