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

背景技術(shù)：

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

2、公開號為cn117666454a的中國專利公開了基于人工智能的少兒編程機器人及其控制系統(tǒng)，包括支撐底板，支撐底板的上表面固定連接有防護盒，防護盒的一側(cè)固定連接有主板面罩，主板面罩遠離防護盒主板面罩的一側(cè)內(nèi)部固定連接有顯示面板；通過從供電端、驅(qū)動端以及執(zhí)行端三個角度進行結(jié)合式評估分析，并結(jié)合干擾評估系數(shù)r進行分析，以保證機器人的控制效果和運行安全性，同時有助于提高分析結(jié)果的準確性，即對供電端的供電數(shù)據(jù)進行運行風(fēng)險監(jiān)管分析，以保證機器人的正常運行和控制，而通過對驅(qū)動端的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行執(zhí)行反饋分析，以保證機器人的執(zhí)行性能，以及通過結(jié)合執(zhí)行端的執(zhí)行數(shù)據(jù)進行失控風(fēng)險評估分析，以保證機器人的控制效果；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，不能對青少年科普進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器人控制系統(tǒng)，可對青少年科普進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器人控制系統(tǒng)，包括：

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

5、科普采集模塊，用于采集基于計算機視覺的待科普物品實時圖像；

6、科普控制終端，用于對基于計算機視覺的待科普物品實時圖像進行處理及分析識別，且根據(jù)基于人工智能的待科普物品分析識別結(jié)果對待科普物品進行自動化科普控制。

7、優(yōu)選的，所述導(dǎo)航避障模塊，包括：

8、環(huán)境采集單元，用于基于傳感器對青少年科普機器人的周圍環(huán)境進行實時監(jiān)測及采集，獲取青少年科普機器人周圍環(huán)境數(shù)據(jù)；

9、自主導(dǎo)航單元，用于根據(jù)青少年科普機器人周圍環(huán)境數(shù)據(jù)對青少年科普機器人進行自主導(dǎo)航控制，使青少年科普機器人能夠根據(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，用于基于計算機視覺技術(shù)對青少年科普機器人周圍環(huán)境中的待科普物品進行實時監(jiān)測及采集，獲取基于計算機視覺的待科普物品實時圖像；

12、無線傳輸單元，用于基于無線網(wǎng)絡(luò)將采集的基于計算機視覺的待科普物品實時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)送的請求建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路的指令后，科普控制終端對物品采集單元的數(shù)據(jù)傳輸端口進行檢查，判斷物品采集單元是否具備與科普控制終端進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y格；

16、當物品采集單元具備與科普控制終端進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y格時，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算機視覺的待科普物品實時圖像傳輸給科普控制終端，使科普控制終端對基于計算機視覺的待科普物品實時圖像進行分析及科普控制。

18、優(yōu)選的，所述科普控制終端，包括：

19、圖像處理模塊，用于對基于計算機視覺的待科普物品實時圖像進行處理，確定基于計算機視覺的待科普物品特征圖像；

20、分析識別模塊，用于對基于計算機視覺的待科普物品特征圖像進行分析識別，確定基于人工智能的待科普物品分析識別結(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別結(jié)果對待科普物品進行自動化科普講解及人機交互智能推薦；

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基于計算機視覺的待科普物品實時圖像進行去噪處理，對基于計算機視覺的待科普物品實時圖像進行分塊，對于每個塊中的每個像素，找到其鄰域內(nèi)的所有像素，計算鄰域像素的中值，采用中值替換原圖上的像素，減少基于計算機視覺的待科普物品實時圖像中的噪聲；

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

26、特征提取單元，用于基于主成分分析方法對基于計算機視覺的待科普物品實時圖像進行特征提取，從基于計算機視覺的待科普物品實時圖像中提取出有用的特征，確定基于計算機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)整方法完成對比度調(diào)整之后，提取完成對比度調(diào)整后的實時圖像的每個像素點對應(yīng)的灰度數(shù)值；

29、目標像素點集合獲取模塊，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形成目標像素點集合；

30、灰度值系數(shù)獲取模塊，用于利用所述目標像素點集合中所包含的像素點的對比度調(diào)整前的灰度值和對比度調(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表示目標像素點集合中所包含的像素點的個數(shù)；jxi表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的對比度調(diào)整前的灰度值；jhi表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的對比度調(diào)整后的灰度值；jy表示預(yù)設(shè)的灰度閾值；jhmax表示目標像素點集合中所包含的像素點對應(yīng)的對比度調(diào)整后的灰度值最大值；jm表示目標像素點集合中所包含的像素點對應(yīng)的對比度調(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)閾值進行比較；

35、二次對比度調(diào)整模塊，用于當所述灰度值系數(shù)低于預(yù)設(shè)的系數(shù)閾值時，則對所述實時圖像進行二次對比度調(diào)整。

36、優(yōu)選的，所述二次對比度調(diào)整模塊，包括：

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

38、灰度值調(diào)取模塊，用于調(diào)取目標像素點集合中的每個像素點對應(yīng)的對比度調(diào)整前的灰度值和對比度調(diào)整后的灰度值；

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

40、其中，所述灰度值補償系數(shù)通過如下公式獲?。?/p>

41、

42、其中，bi表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的灰度值補償系數(shù)；jxi表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的對比度調(diào)整前的灰度值；jhi表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的對比度調(diào)整后的灰度值；wi表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的權(quán)重強度數(shù)值；wp表示目標像素點集合中的n個像素點對應(yīng)的權(quán)重強度數(shù)值平均值；

43、灰度值調(diào)整模塊，用于利用每個像素點的灰度值補償系數(shù)對每個像素點的灰度數(shù)值進行調(diào)整；

44、其中，每個像素點的調(diào)整之后灰度數(shù)值通過如下公式獲?。?/p>

45、jti＝(1+bi)·jhi

46、其中，jti表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的調(diào)整后的灰度值；bi表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的灰度值補償系數(shù)；jhi表示目標像素點集合中的第i個像素點對應(yīng)的對比度調(diào)整后的灰度值。

47、優(yōu)選的，所述分析識別模塊，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別模型；

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

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

51、基于測試集，對基于人工智能的待科普物品分析識別模型進行性能測試，判斷基于人工智能的待科普物品分析識別模型是否能達到識別待科普物品內(nèi)容的預(yù)期效果，且根據(jù)性能測試結(jié)果對基于人工智能的待科普物品分析識別模型進行參數(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別模型；

52、分析識別單元，用于根據(jù)最優(yōu)的基于人工智能的待科普物品分析識別模型對基于計算機視覺的待科普物品特征圖像進行分析識別；

53、其中，將最優(yōu)的基于人工智能的待科普物品分析識別模型部署于實際的待科普物品分析識別環(huán)境中，且將基于計算機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別模型對基于計算機視覺的待科普物品特征圖像進行分析識別，確定基于人工智能的待科普物品分析識別結(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別結(jié)果對待科普物品進行自動化科普講解，使青少年了解科普知識；

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

57、智能推薦單元，用于根據(jù)人機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)實驗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和動畫吸引青少年的注意力，同時提供多種互動方式增強用戶的參與感。

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)明基于傳感器對青少年科普機器人的周圍環(huán)境進行實時監(jiān)測及采集，獲取青少年科普機器人周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，根據(jù)青少年科普機器人周圍環(huán)境數(shù)據(jù)對青少年科普機器人進行自主導(dǎo)航控制，使青少年科普機器人能夠根據(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)明基于計算機視覺技術(shù)對青少年科普機器人周圍環(huán)境中的待科普物品進行實時監(jiān)測及采集，獲取基于計算機視覺的待科普物品實時圖像，通過對基于計算機視覺的待科普物品實時圖像進行處理，確定基于計算機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別模型對基于計算機視覺的待科普物品特征圖像進行分析識別，確定基于人工智能的待科普物品分析識別結(jié)果，根據(jù)基于人工智能的待科普物品分析識別結(jié)果對待科普物品進行自動化科普講解及人機交互智能推薦，可對青少年科普進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。