[发明专利]多传感器信息采集分析系统及自闭症儿童监护辅助系统

权利要求书

1.一种多传感器信息采集分析系统，包括：超声波距离采集分析系统，全向声源定位系统，容式触摸信号采集系统，视觉采集系统，脑电波采集系统以及承载外壳；所述多传感器信息采集分析系统由三轮式全向移动及控制装置承载；

所述超声波距离采集分析系统包括 6组超声波距离传感器（15），均匀分布在承载外形壳底部边沿；通过对分时采集的距离数据进行分析处理，判断机器人周围环境空间，精度可达1cm；在与自闭症儿童交互的过程中提供合适的距离，以确保视频采集模块能够以最佳的角度采集自闭症儿童的行为举止和面部表情；同时为机器人运动提供自动避让障碍和规划运动路径的功能；

全向声源定位系统由4个安装在抽拉框架顶部4个顶角的麦克（16）构成的全向声源定位系统，通过分析处理接收到的声音信号，计算出声源位置，为自闭症儿童的视觉实时监护提供较为准确的方位信息，提高视觉采集系统工作的效率，同时，该系统的数据将作为语音采集与识别模块的软开关，以提高该模块的工作效率；

容式触摸传感器（17）分布于机器人顶部外形壳多达9处，所述容式触摸传感器系统通过检测系统电极在与人体接触时电容的变化判断是否有人体触摸机器人，该感知信号输入触摸控制器后经处理将结果通过CAN总线上传治疗中心系统；

视觉采集模块通过安装于抽拉框架顶部的200万像素CMOS网络摄像头（18），对自闭症儿童的行为进行视频采集，并对自闭症儿童的异常行为和表情进行分析记录，为特殊教育训练中的自闭症儿童情感分析和训练内容规划提供分析依据；并在必要时作出相应的预警；其控制信号及视频数据信号可通过以太网和WIFI两种方式与治疗中心系统工控机通信；

脑电波采集处理模块则通过脑电波采集器对自闭症儿童不同时刻不同情境时的脑电波进行采集，并通过蓝牙将数据提交到中治疗中心系统，该系统通过相应软件分析系统，分析记录重要信息，为专业的医师治疗提供有效的数据参考；

所述承载外壳为一流线型外壳，安装于设备承载器（4）上方，抽拉框架则通过承载外壳的预留口外露；该承载外壳载有超声波距离传感器（15）、容式触摸传感器（17）、LCD触摸显示屏交互模块（19）以及LED多功能信息输出模块（20）。

2.一种自闭症儿童监护辅助系统，包括如权利要求1所述的多传感器信息采集分析系统、三轮式全向移动控制装置和RS232-CAN信号转换模块及治疗中心系统，其特征在于：

所述三轮式全向移动控制装置包括三轮式底盘（1）、电机座板（2）、光电码盘（3）、设备承载器（4）、光纤陀螺仪（5）及基于ARM7处理器的控制平台（6）,其中：

所述三轮式底盘，其上通过电机座板（2）安装有3个双片6轮毂齿全向轮（7），等距均匀分布在底盘（1）外边缘，且具有相同圆心，通过齿轮传动组（8）与直流驱动电机（9）相耦合，每个全向轮（7）拥有独立的齿轮传动组和直流驱动电机及其控制器（10）；

所述光电码盘（3）为安装于底盘（1）中部和后部的一组轴向相互垂直的全向轮式光电码盘, 用以测定该装置移动的实际距离；

所述设备承载器（4）包括3块立支架（11）、2块六角板（12）和1个抽拉框架（13），第一六角板（121）安装在电机座板（2）上，且搭载有电池（14）、基于ARM7处理器的控制平台（6）、光纤陀螺仪（5）及直流电机控制器（10）；

第二六角板（122）通过3块立支架固定，其上搭载有抽拉框架（13），用于安放设备；

所述光纤陀螺仪（5）受控于基于ARM7处理器的控制平台（6），为该装置提供角度信息；

所述治疗中心系统包括核心工业控制计算机，语音采集识别模块，语音合成模块，LCD触摸显示屏交互模块，LED多功能信息输出模块，网络信息收发模块；

所述核心工业控制计算机为华北工控机，安装于抽拉框架上层滑轨（131）处；该工控机安装有Windows XP操作系统，治疗中心系统软件均运行于该工控机之上，软件设计与更新方便，易于操作和维护；

所述语音采集识别模块由无线麦克、无线麦克信号接收器、语音识别芯片及电路、语音识别软件构成，实现交互过程中交互对象语音信息的识别；无线麦克语音信号通过工业控制计算机的音频输入口与治疗中心系统连接，语音识别芯片及电路通过并行接口（LPT）连接到工业控制计算机；

所述语音合成模块由语音合成芯片及电路、语音合成软件、扩音电路及音箱构成，实现机器人的语言表达功能；与上述语音采集识别模块共同完成机器人与儿童患者的语言交互；该模块挂载与CAN总线之上，通过RS232-CAN信号转换模块与治疗中心系统通信；

所述LCD触摸显示屏交互模块由LCD触摸显示屏及相应的交互软件构成，实现更具操作性和亲近性的人机交互；通过工业控制计算机视频接口与治疗中心系统连接；

所述LED多功能信息输出模块通过控制一系列多色LED灯以不同的形式显示不同的颜色，以表示儿童机器人在与自闭症儿童交互过程中的情绪及其变化,同时作为警示信号的输出介质；该模块挂载于CAN总线之上，通过RS232-CAN信号转换模块与治疗中心系统通信；

所述网络信息收发模块通过与工业控制计算机相连接的无线网卡实现治疗中心系统与家庭无线网络的互联互通，以完成自闭症儿童的病理特征信息的传输、实时监控信息的传输，以及相关治疗信息的获取；

所述RS232-CAN信号转换模块采用以PIC18F2480+CTM8251T为核心的控制/通信电路设计，如图9所示；其传输速率最高可达1Mbit/s，至少可连接110个节点设备，极大地提高了本发明的分布式设备扩展能力；

所述治疗中心系统为各功能模块的总控制中心，多传感器信息采集分析系统服务于并受控于该治疗中心系统，治疗中心系统依据多传感器信息采集分析系统的各种信息对机器人的行为表现进行决策控制；多传感器信息采集分析系统中，视觉采集系统摄像头通过USB接口连接工业控制计算机，脑电波采集系统通过蓝牙信号与配备USB蓝牙适配器的工业控制计算机相连，其他传感器信息采集分析系统则挂载于CAN总线之上，通过RS232-CAN信号转换模块与治疗中心系统通信。