本發(fā)明涉及機(jī)器人，具體為基于人工智能的青少年科普機(jī)器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、機(jī)器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機(jī)器，機(jī)器人能夠通過編程和自動(dòng)控制來執(zhí)行諸如作業(yè)或移動(dòng)等任務(wù)，隨著人工智能交互技術(shù)的發(fā)展，越來越多的機(jī)器人進(jìn)入了人們的視野。

2、公開號(hào)為cn117666454a的中國(guó)專利公開了基于人工智能的少兒編程機(jī)器人及其控制系統(tǒng)，包括支撐底板，支撐底板的上表面固定連接有防護(hù)盒，防護(hù)盒的一側(cè)固定連接有主板面罩，主板面罩遠(yuǎn)離防護(hù)盒主板面罩的一側(cè)內(nèi)部固定連接有顯示面板；通過從供電端、驅(qū)動(dòng)端以及執(zhí)行端三個(gè)角度進(jìn)行結(jié)合式評(píng)估分析，并結(jié)合干擾評(píng)估系數(shù)r進(jìn)行分析，以保證機(jī)器人的控制效果和運(yùn)行安全性，同時(shí)有助于提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，即對(duì)供電端的供電數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管分析，以保證機(jī)器人的正常運(yùn)行和控制，而通過對(duì)驅(qū)動(dòng)端的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行執(zhí)行反饋分析，以保證機(jī)器人的執(zhí)行性能，以及通過結(jié)合執(zhí)行端的執(zhí)行數(shù)據(jù)進(jìn)行失控風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析，以保證機(jī)器人的控制效果；但是，該專利存在以下缺陷：

3、現(xiàn)有的技術(shù)，其青少年科普方式單一，依賴人工，不能對(duì)青少年科普進(jìn)行有效地講解及智能化控制，導(dǎo)致青少年科普效果差，降低了科普教育的趣味性和參與感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于人工智能的青少年科普機(jī)器人控制系統(tǒng)，可對(duì)青少年科普進(jìn)行有效地講解及智能化控制，可提升青少年科普效果，提高科普教育的趣味性和參與感，解決了上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于人工智能的青少年科普機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括：

4、導(dǎo)航避障模塊，用于對(duì)青少年科普機(jī)器人進(jìn)行自主導(dǎo)航及避障控制；

5、科普采集模塊，用于采集基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像；

6、科普控制終端，用于對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行處理及分析識(shí)別，且根據(jù)基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別結(jié)果對(duì)待科普物品進(jìn)行自動(dòng)化科普控制。

7、優(yōu)選的，所述導(dǎo)航避障模塊，包括：

8、環(huán)境采集單元，用于基于傳感器對(duì)青少年科普機(jī)器人的周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及采集，獲取青少年科普機(jī)器人周圍環(huán)境數(shù)據(jù)；

9、自主導(dǎo)航單元，用于根據(jù)青少年科普機(jī)器人周圍環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)青少年科普機(jī)器人進(jìn)行自主導(dǎo)航控制，使青少年科普機(jī)器人能夠根據(jù)周圍環(huán)境變化在各種環(huán)境中自主行走避障。

10、優(yōu)選的，所述科普采集模塊，包括：

11、物品采集單元，用于基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)青少年科普機(jī)器人周圍環(huán)境中的待科普物品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及采集，獲取基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像；

12、無線傳輸單元，用于基于無線網(wǎng)絡(luò)將采集的基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像傳輸給科普控制終端；

13、其中，建立物品采集單元與科普控制終端之間的數(shù)據(jù)傳輸鏈路；

14、物品采集單元向科普控制終端發(fā)送請(qǐng)求建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路的指令；

15、科普控制終端接收到物品采集單元發(fā)送的請(qǐng)求建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路的指令后，科普控制終端對(duì)物品采集單元的數(shù)據(jù)傳輸端口進(jìn)行檢查，判斷物品采集單元是否具備與科普控制終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y格；

16、當(dāng)物品采集單元具備與科普控制終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y格時(shí)，科普控制終端向物品采集單元發(fā)送同意建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路的指令，物品采集單元接收到科普控制終端發(fā)送的同意建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路的指令后，物品采集單元與科普控制終端之間建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路；

17、物品采集單元與科普控制終端之間的數(shù)據(jù)傳輸鏈路建立好，物品采集單元將采集的基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像傳輸給科普控制終端，使科普控制終端對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分析及科普控制。

18、優(yōu)選的，所述科普控制終端，包括：

19、圖像處理模塊，用于對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行處理，確定基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品特征圖像；

20、分析識(shí)別模塊，用于對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品特征圖像進(jìn)行分析識(shí)別，確定基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別結(jié)果；

21、科普控制模塊，用于根據(jù)基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別結(jié)果對(duì)待科普物品進(jìn)行自動(dòng)化科普講解及人機(jī)交互智能推薦；

22、用戶界面模塊，用于以可視化形式展示人機(jī)交互過程及科普學(xué)習(xí)內(nèi)容，且基于用戶選擇的不同的功能和設(shè)置來控制青少年科普機(jī)器人。

23、優(yōu)選的，所述圖像處理模塊，包括：

24、圖像去噪單元，用于基于中值濾波器對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行去噪處理，對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分塊，對(duì)于每個(gè)塊中的每個(gè)像素，找到其鄰域內(nèi)的所有像素，計(jì)算鄰域像素的中值，采用中值替換原圖上的像素，減少基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像中的噪聲；

25、圖像調(diào)整單元，用于基于圖像分割技術(shù)對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行亮度和對(duì)比度調(diào)整，基于插值技術(shù)使基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像的亮度保持一致，基于全局對(duì)比度和相鄰像素關(guān)系的自適應(yīng)調(diào)整方法，自動(dòng)調(diào)整基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像中像素的對(duì)比度；

26、特征提取單元，用于基于主成分分析方法對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行特征提取，從基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像中提取出有用的特征，確定基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品特征圖像。

27、優(yōu)選的，所述圖像調(diào)整單元，還包括：

28、灰度數(shù)值獲取模塊，用于在基于自適應(yīng)調(diào)整方法完成對(duì)比度調(diào)整之后，提取完成對(duì)比度調(diào)整后的實(shí)時(shí)圖像的每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度數(shù)值；

29、目標(biāo)像素點(diǎn)集合獲取模塊，用于提取灰度數(shù)值不低于預(yù)設(shè)的灰度閾值的像素點(diǎn)形成目標(biāo)像素點(diǎn)集合；

30、灰度值系數(shù)獲取模塊，用于利用所述目標(biāo)像素點(diǎn)集合中所包含的像素點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)整前的灰度值和對(duì)比度調(diào)整后的灰度值獲取灰度值系數(shù)；

31、其中，所述灰度值系數(shù)通過如下公式獲?。?/p>

32、

33、其中，r表示灰度值系數(shù)；n表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中所包含的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)；jxi表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整前的灰度值；jhi表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整后的灰度值；jy表示預(yù)設(shè)的灰度閾值；jhmax表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中所包含的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整后的灰度值最大值；jm表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中所包含的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整前的灰度值最大值；

34、系數(shù)比較模塊，用于將所述灰度值系數(shù)與預(yù)設(shè)的系數(shù)閾值進(jìn)行比較；

35、二次對(duì)比度調(diào)整模塊，用于當(dāng)所述灰度值系數(shù)低于預(yù)設(shè)的系數(shù)閾值時(shí)，則對(duì)所述實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行二次對(duì)比度調(diào)整。

36、優(yōu)選的，所述二次對(duì)比度調(diào)整模塊，包括：

37、權(quán)重強(qiáng)度數(shù)值調(diào)取模塊，用于調(diào)取目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的每個(gè)像素點(diǎn)在基于全局對(duì)比度和相鄰像素關(guān)系的自適應(yīng)調(diào)整方法中的權(quán)重強(qiáng)度數(shù)值；

38、灰度值調(diào)取模塊，用于調(diào)取目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整前的灰度值和對(duì)比度調(diào)整后的灰度值；

39、灰度值補(bǔ)償系數(shù)獲取模塊，用于利用所述每個(gè)像素點(diǎn)在基于全局對(duì)比度和相鄰像素關(guān)系的自適應(yīng)調(diào)整方法中的權(quán)重強(qiáng)度數(shù)值結(jié)合每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整前的灰度值和對(duì)比度調(diào)整后的灰度值獲取每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值補(bǔ)償系數(shù)；

40、其中，所述灰度值補(bǔ)償系數(shù)通過如下公式獲取：

41、

42、其中，bi表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值補(bǔ)償系數(shù)；jxi表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整前的灰度值；jhi表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整后的灰度值；wi表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)重強(qiáng)度數(shù)值；wp表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的n個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)重強(qiáng)度數(shù)值平均值；

43、灰度值調(diào)整模塊，用于利用每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值補(bǔ)償系數(shù)對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)的灰度數(shù)值進(jìn)行調(diào)整；

44、其中，每個(gè)像素點(diǎn)的調(diào)整之后灰度數(shù)值通過如下公式獲取：

45、jti＝(1+bi)·jhi

46、其中，jti表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的調(diào)整后的灰度值；bi表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值補(bǔ)償系數(shù)；jhi表示目標(biāo)像素點(diǎn)集合中的第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度調(diào)整后的灰度值。

47、優(yōu)選的，所述分析識(shí)別模塊，包括：

48、模型訓(xùn)練單元，用于基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)訓(xùn)練基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型；

49、其中，收集待科普物品歷史圖像，對(duì)收集的待科普物品歷史圖像進(jìn)行劃分，將待科普物品歷史圖像分為訓(xùn)練集及測(cè)試集；

50、基于訓(xùn)練集，對(duì)深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，使深度學(xué)習(xí)模型自主學(xué)習(xí)待科普物品分析識(shí)別過程，識(shí)別待科普物品內(nèi)容，確定基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型；

51、基于測(cè)試集，對(duì)基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型進(jìn)行性能測(cè)試，判斷基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型是否能達(dá)到識(shí)別待科普物品內(nèi)容的預(yù)期效果，且根據(jù)性能測(cè)試結(jié)果對(duì)基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確定最優(yōu)的基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型；

52、分析識(shí)別單元，用于根據(jù)最優(yōu)的基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品特征圖像進(jìn)行分析識(shí)別；

53、其中，將最優(yōu)的基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型部署于實(shí)際的待科普物品分析識(shí)別環(huán)境中，且將基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品特征圖像輸入到最優(yōu)的基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型中，根據(jù)最優(yōu)的基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品特征圖像進(jìn)行分析識(shí)別，確定基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別結(jié)果。

54、優(yōu)選的，所述科普控制模塊，包括：

55、科普講解單元，用于根據(jù)基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別結(jié)果對(duì)待科普物品進(jìn)行自動(dòng)化科普講解，使青少年了解科普知識(shí)；

56、人機(jī)交互單元，用于基于自然語(yǔ)言處理技術(shù)使青少年科普機(jī)器人能夠理解用戶的語(yǔ)音指令，并在科普講解的過程中通過語(yǔ)音反饋的方式與用戶進(jìn)行交互；

57、智能推薦單元，用于根據(jù)人機(jī)交互反饋為用戶智能化推薦后續(xù)的科普學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括執(zhí)行預(yù)設(shè)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)及通過演示和講解方式向用戶提供科技展覽。

58、優(yōu)選的，所述用戶界面模塊，包括：

59、界面展示單元，用于以可視化形式展示人機(jī)交互過程及科普學(xué)習(xí)內(nèi)容，其中，采用顏色鮮艷的圖標(biāo)和動(dòng)畫吸引青少年的注意力，同時(shí)提供多種互動(dòng)方式增強(qiáng)用戶的參與感。

60、功能設(shè)置單元，用于用戶選擇不同的功能和設(shè)置，其中包含按鈕和菜單，基于用戶選擇的不同的功能和設(shè)置來控制青少年科普機(jī)器人。

61、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

62、1、本發(fā)明基于傳感器對(duì)青少年科普機(jī)器人的周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及采集，獲取青少年科普機(jī)器人周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，根據(jù)青少年科普機(jī)器人周圍環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)青少年科普機(jī)器人進(jìn)行自主導(dǎo)航控制，使青少年科普機(jī)器人能夠根據(jù)周圍環(huán)境變化在各種環(huán)境中自主行走避障。

63、2、本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)青少年科普機(jī)器人周圍環(huán)境中的待科普物品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及采集，獲取基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像，通過對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行處理，確定基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品特征圖像，并根據(jù)最優(yōu)的基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別模型對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺的待科普物品特征圖像進(jìn)行分析識(shí)別，確定基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別結(jié)果，根據(jù)基于人工智能的待科普物品分析識(shí)別結(jié)果對(duì)待科普物品進(jìn)行自動(dòng)化科普講解及人機(jī)交互智能推薦，可對(duì)青少年科普進(jìn)行有效地講解及智能化控制，可提升青少年科普效果，提高科普教育的趣味性和參與感。